EP2409368A2 - Optoelectronic semiconductor component - Google Patents

Optoelectronic semiconductor component

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Publication number
EP2409368A2
EP2409368A2 EP10700750A EP10700750A EP2409368A2 EP 2409368 A2 EP2409368 A2 EP 2409368A2 EP 10700750 A EP10700750 A EP 10700750A EP 10700750 A EP10700750 A EP 10700750A EP 2409368 A2 EP2409368 A2 EP 2409368A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
along
active layer
longitudinal direction
variation
optoelectronic semiconductor
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.)
Withdrawn
Application number
EP10700750A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Martin Müller
Uwe Strauss
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Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
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Definitions

  • An optoelectronic semiconductor component is specified.
  • An object to be solved is to specify an optoelectronic semiconductor component which emits electromagnetic radiation at at least two mutually different emission wavelengths.
  • this comprises an epitaxially grown semiconductor body having at least one active layer. It is possible that the entire semiconductor body is exclusively epitaxially generated.
  • the semiconductor body comprises exactly one active layer.
  • the semiconductor body may have, in addition to the at least one active layer, further layers such as cladding layers, waveguide layers, contact layers and / or current spreading layers.
  • the semiconductor body is based on one of the following material systems: GaN, GaP, InGaP, InGaAl, InGaAlP, GaAs or InGaAs.
  • the active layer preferably comprises a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well or single quantum well, in short SQW, or, more preferably, a multiple quantum well structure or multi quantum well, MQW for short, for generating radiation.
  • the active layer a single quantum well structure or single quantum well, short SQW.
  • quantum well structure unfolds no significance with regard to the dimensionality of the quantization. It thus includes quantum wells, quantum wires and quantum dots and any combination of these structures.
  • an electromagnetic radiation is generated in the active layer.
  • the radiation generated in the active layer is preferably in one
  • Wavelength range between 300 nm and 3000 nm inclusive, in particular between 360 nm and 1100 nm inclusive.
  • the semiconductor body is attached to a carrier.
  • the carrier can be a growth substrate on which the semiconductor body has grown. It is also possible for the semiconductor body to have grown on a growth substrate and subsequently to be transposed onto a support which is different from the growth substrate.
  • the semiconductor body comprises at least one barrier layer.
  • the barrier layer is in particular such a layer which is in direct or direct contact with the at least one active layer.
  • the at least one active layer and the at least one barrier layer are in other words adjacent.
  • the semiconductor body has a variation direction which, in the context of the Manufacturing tolerances, oriented perpendicular to a growth direction of the semiconductor body.
  • the direction of variation may be any direction oriented perpendicular to the direction of growth.
  • a material composition and / or a layer thickness of the active layer and / or the barrier layer is varied.
  • the material composition and / or the layer thickness of the active layer and / or the barrier layer changes in particular along the direction of variation.
  • the material composition and / or the layer thickness is specifically adjusted here.
  • an emission wavelength of a radiation generated in the active layer is set along the direction of variation.
  • the emission wavelength here depends in particular on the material composition and / or the layer thickness of the at least one active one
  • the emission wavelength over the material composition and / or the layer thickness of the active layer and / or the barrier layer is set along the direction of variation.
  • the latter comprises an epitaxially grown semiconductor body having at least one active layer. Furthermore, the semiconductor body of the semiconductor device has at least one barrier layer, wherein the barrier layer directly adjoins the active layer.
  • a Material composition and / or a layer thickness of the active layer and / or the barrier layer varies. By varying the material composition and / or the layer thickness of the active layer and / or the barrier layer, an emission wavelength of a radiation generated in the active layer, also along the direction of variation, is set.
  • a radiation having different emission wavelengths can be generated, wherein the emission wavelength on the properties of the active layer and / or the barrier layer, ie over the thickness thereof and
  • Material composition can be adjusted specifically.
  • a laser medium has, depending on a wavelength of a pump radiation, different penetration depths with respect to the pump radiation into the laser medium. If different pump wavelengths are used, the laser medium can be pumped more homogeneously. For example, this more homogeneous pumping results in improved mode quality or efficiency of laser radiation generated via the laser medium.
  • Semiconductor devices are used, wherein each or more of the semiconductor devices emit radiation at different emission wavelengths.
  • a plurality of different semiconductor devices increases the adjustment effort for the semiconductor devices.
  • the semiconductor devices are easier to misalign and cause a deterioration about the mode quality of the laser radiation generated in the laser medium.
  • semiconductor components for pumping in which a plurality of active layers follow one another in the direction of growth of the semiconductor body. Each of the active layers following one another in the direction of growth then emits, for example, at a different emission wavelength.
  • a component has a comparatively high electrical resistance, which is accompanied by comparatively high electrical losses in the semiconductor body.
  • Such components are therefore often only suitable.
  • a further possibility of realizing a component which generates different emission wavelengths is to form different active layers in a direction perpendicular to the direction of growth of the semiconductor body. These laterally juxtaposed active layers can in particular successively in different
  • this has an emission direction.
  • the emission direction is, under the
  • the emission direction is preferably oriented transversely, in particular perpendicular, to the growth direction.
  • the emission direction is in particular the direction along which a maximum radiation intensity is emitted or the direction which represents a beam axis of the emitted radiation generated. It is not excluded that an emission of the radiation takes place in two opposite directions.
  • the emission direction, the direction of growth and this direction of variation are in each case oriented in pairs orthogonal to one another within the framework of the manufacturing tolerances.
  • this variation direction which is oriented perpendicular to both the growth direction and the emission direction, is referred to as the longitudinal direction.
  • the longitudinal direction is therefore a special variation direction.
  • this is designed as an edge-emitting semiconductor laser.
  • the radiation generated in the semiconductor device can thus be a coherent laser radiation.
  • the emission direction is then oriented in particular parallel to a resonator axis of a laser resonator, ie preferably perpendicular to both the longitudinal direction and the direction of growth.
  • the emission direction is then perpendicular to resonator mirrors of the laser resonator arranged. It is not necessary that a length of the laser resonator is smaller than an extension of the semiconductor body along the longitudinal direction.
  • the optoelectronic semiconductor component this is designed as a surface-emitting semiconductor laser.
  • the semiconductor laser then preferably has a vertical resonator, in particular the semiconductor laser is thus a so-called vertical cavity surface emitting laser, in short VCSEL.
  • the semiconductor body then to comprise resonator mirrors designed approximately as Bragg mirrors.
  • One of the resonator mirrors can also be present as an external component.
  • the resonator axis and therefore in particular also the emission direction is preferably aligned parallel to the growth direction. Furthermore, the semiconductor component then preferably has a transverse direction, which is aligned perpendicular to both the longitudinal direction and the direction of growth.
  • the material composition and / or the layer thickness of the active layer and / or the barrier layer, within the manufacturing tolerances varies exclusively along the longitudinal direction or one of the directions of variation. If, for example, the semiconductor device is an edge-emitting semiconductor laser, then the material composition and the layer thickness along the resonator axis of the laser resonator, parallel to the emission direction, are constant within the manufacturing tolerances.
  • a geometric length of the resonator in particular in a direction perpendicular to a radiation exit side of the semiconductor device and / or parallel to the emission direction and / or perpendicular to the growth direction, is over the entire semiconductor device and / or over an entire, radiation-generating Range of the semiconductor device, in particular in the context of manufacturing tolerances constant. In other words, a variation of the emitted wavelength is then not achieved by a targeted, local variation of the resonator length.
  • the barrier layer is located between two active layers.
  • the barrier layer preferably directly adjoins the two active layers.
  • the material composition and / or the layer thickness of the barrier layer along the longitudinal direction or the direction of variation, in particular exclusively along the longitudinal direction, is preferably varied.
  • the emission wavelength changes along the longitudinal direction or along the variation direction at a radiation passage area of the semiconductor body by at least 5 nm.
  • a spectral width of the radiation generated in the at least one active layer is at least 5 nm, preferably at least 7 nm, particularly preferably at least 10 nm, in particular at least 15 nm.
  • the semiconductor component then emits in an im Substantially continuous spectral range with one of said spectral widths.
  • the spectral width here is in particular the full width at half the height of the maximum, in short FWHM. It is possible that the spectrum of the generated radiation has local minima or maxima within the FWHM width.
  • the emission wavelength along the longitudinal direction or along the direction of variation changes monotonically within the framework of the manufacturing tolerances.
  • the longitudinal direction defines an x-axis, for example in the case where the emission wavelength increases monotonically, then at a position X 1 the wavelength is less than or equal to a wavelength at a position X 2 , where X i is less than X 2 .
  • X i is less than X 2 .
  • the emission wavelength changes periodically along the longitudinal direction or along the direction of variation.
  • the emission wavelength can show, for example, a sawtooth-like, rectangular or sinusoidal profile.
  • the emission wavelength changes along the longitudinal direction or along the variation direction similar to a step function.
  • the emission wavelength along the longitudinal direction or along the variation direction is approximately constant in sections and changes abruptly between individual sections.
  • the step function is preferably monotonically decreasing or monotonically increasing along the longitudinal direction or along the direction of variation.
  • the emission wavelength changes along the longitudinal direction or along the longitudinal direction
  • the semiconductor body is designed as a one-piece laser bar.
  • the semiconductor body is designed as a one-piece laser bar.
  • Semiconductor body a cuboid, monolithic block.
  • the at least one active layer is continuous along the longitudinal direction or along the direction of variation.
  • the active layer is therefore not interrupted along the longitudinal direction or along the direction of variation by, for example, etched trenches.
  • the latter has a plurality of electrical contact regions along the longitudinal direction or along the direction of variation.
  • the contact areas are in this case set up for an electrical contacting of the semiconductor body. For example, along an upper side and / or a lower side of the
  • Semiconductor body which limit the semiconductor body in a direction parallel to the growth direction, applied a plurality of single, point-like or strip-like metallizations.
  • the strips preferably extend along the emission direction.
  • the contact regions are each assigned a specific emission wavelength.
  • the emission wavelength is approximately constant. It is then possible for individual contact regions, in particular groups of contact regions having a specific emission wavelength, to be electrically controlled separately. In this way, the intensity of certain emission wavelengths can be adjusted in a targeted manner in relation to the intensity of other emission wavelengths.
  • this has between 10 and 100 contact regions, which are arranged along the longitudinal direction or along the direction of variation of the semiconductor body.
  • a longitudinal extent of the semiconductor component along the longitudinal direction or along the direction of variation is between 3 mm and 20 mm inclusive, in particular between 5 mm and 15 mm inclusive.
  • An expansion of the semiconductor body along the Emission direction, in particular a resonator length, is in the range between 0.5 mm and 10 mm inclusive, in particular between 1.5 mm and 4 mm inclusive.
  • the latter is set up to generate an average radiation power of at least 30 W, in particular of at least 100 W.
  • the semiconductor device may be operated in continuous wave mode, English continuous wave or short cw, or in a pulsed mode.
  • the layer thickness of the active layer and / or the barrier layer varies along the longitudinal direction or along the direction of variation between 0.3 nm and 3.0 nm, in particular between 0.4 nm and 1.5 nm.
  • the active layer has indium.
  • the emission wavelength is then adjustable, in particular via an indium content.
  • the indium content of the active layer varies along the longitudinal direction or along the direction of variation between 0.5 percentage points and 10 percentage points, in particular between 3 percentage points and 7 percentage points.
  • the indium content refers to the proportion of, for example, gallium lattice sites, which instead of gallium by indium are taken, such as in the case of an AlGaAs based semiconductor body.
  • the indium content is the active one
  • the indium content is between 18% and 27% inclusive.
  • this comprises at least two, preferably at least three active layers which follow one another in the growth direction.
  • the material composition and / or the layer thickness of the active layers themselves or of the at least one barrier layer is varied along one of the variation directions, in particular exclusively along the longitudinal direction.
  • adjacent active layers along the growth direction, in a direction parallel to the growth direction have different emission wavelengths.
  • this is an edge-emitting laser and the semiconductor body is based on the AlGaAs material system.
  • An indium content of the at least one active layer is varied along the longitudinal direction by at least 0.8 percentage points.
  • the emission wavelength also changes along the longitudinal direction by at least 7 nm.
  • the change of the emission wavelength along the longitudinal direction can be described by a linear function.
  • the device may comprise at least one optoelectronic semiconductor device, as described in connection with at least one of the preceding embodiments.
  • the latter comprises at least one laser medium, the laser medium being optically pumped by the semiconductor component.
  • the laser medium is preferably a solid-state laser medium.
  • the laser medium is a doped garnet or a doped glass.
  • the latter comprises at least two, in particular at least three, optoelectronic semiconductor components, as specified in conjunction with one of the embodiments described above.
  • optoelectronic semiconductor components described here can also be used in display devices or in illumination devices for projection purposes.
  • An application in headlights or light emitters or in the general lighting is possible, as well as in material processing.
  • FIG. 1 shows a schematic three-dimensional representation of an optoelectronic device described here
  • FIGS. 2 to 4 show schematic side views of further exemplary embodiments of optoelectronic semiconductor components described here
  • FIGS. 5 and 6 are schematic illustrations of spectral characteristics of optoelectronic semiconductor devices described herein;
  • Figure 7 is a schematic side view of another
  • FIG. 8 shows a schematic three-dimensional representation of an exemplary embodiment of a device described here for pumping a laser medium
  • FIGS. 9 and 10 are schematic representations of further exemplary embodiments of optoelectronic semiconductor components described here.
  • FIG. 1 illustrates a schematic three-dimensional representation of an exemplary embodiment of an optoelectronic semiconductor component 1.
  • a semiconductor body 2 has an active layer 3. In the active layer 3 During operation of the semiconductor device 1, an electromagnetic radiation is generated.
  • the semiconductor device 1 is designed as an edge-emitting laser or as a super-luminescent diode.
  • the generation of the radiation in the active layer 3 is therefore based in particular on stimulated emission.
  • the radiation generated in the active layer 3 leaves the semiconductor body 2 at a radiation passage area 12 with a main emission direction perpendicular to the radiation passage area 12.
  • the radiation passage area 12 and one of the radiation passage area 12 form the opposite side of the semiconductor body 2, in each case at least in part, resonator end faces.
  • a geometric resonator length and thus in particular an extension of the semiconductor body 2 along the emission direction E is, for example, between 1 mm and 5 mm inclusive.
  • the active layer 3 is flat.
  • the semiconductor body 2 is produced by epitaxial growth.
  • a growth direction G is within the manufacturing tolerances perpendicular to
  • Direction of emission E oriented and thus forms a normal to the active layer 3.
  • An expansion of the semiconductor body 2 along the growth direction G is preferably less than 500 .mu.m, in particular less than 200 microns.
  • Non-semiconductive materials such as heat sinks or metallic ones
  • a longitudinal direction L of the semiconductor body 2 is oriented.
  • An extension of the semiconductor body 2 along the longitudinal direction L is for example between 5 mm and 15 mm.
  • Longitudinal direction L is a material composition and / or a layer thickness of the active layer or adjacent to the active layer barrier layers 4 varies.
  • an emission wavelength ⁇ of the radiation is set via this variation of the layer thickness and / or the material composition.
  • FIG. 2 shows a schematic side view of the radiation passage area 12 of the semiconductor component 1.
  • the semiconductor body 2 is grown on, for example, a GaAs substrate forming a support 9.
  • An electrical contact region 7a for example on an n-conducting side of the semiconductor body 2, is formed by the carrier 9.
  • an n-cladding layer 6a is grown.
  • the waveguide layer 5a On a side of the cladding layer 6a facing away from the carrier 9 there is an n-waveguide layer 5a. In the direction away from the carrier 9, the waveguide layer 5a is followed by the active layer 3, a p-type waveguide layer 5b, a p-type cladding layer 6b and an electrical contact region 7b.
  • the contact region 7b may be formed by one or more metallizations.
  • the epitaxially grown semiconductor body 2 thus form the cladding layers 6a, 6b, the waveguide layers 5a, 5b and the active layer 3.
  • the semiconductor body 2 may also have at least one epitaxially grown, not shown in FIG Include contact layer, which is located between the cladding layer 6b and the contact layer 7b.
  • the two waveguide layers 5 a, 5 b are in direct contact with the active layer 3
  • Waveguide layers 5a, 5b thus simultaneously the barrier layers 4.
  • the thicknesses of the waveguide layers 5a, 5b, the cladding layers 6a, 6b and the active layer 3 are constant over the entire longitudinal direction L within the manufacturing tolerances.
  • a thickness of the cladding layers 6a, 6b is in each case approximately 1 ⁇ m.
  • the waveguide layers 5a, 5b have a thickness, in the direction of the growth direction G, of approximately 500 nm each.
  • a thickness D of the active layer 3 is approximately 8 nm.
  • a material composition of the active layer 3 is varied.
  • an indium content of the active layer 3 is varied by approximately 3 percentage points to 7 percentage points, so that the emission wavelength ⁇ of the radiation along the longitudinal direction L is varied by approximately 30 nm.
  • the absolute indium content of the active layer 3 is, for example, between 20% and 30% inclusive.
  • the material composition as well as the thickness D of the active layer 3 is constant within the manufacturing tolerances.
  • the thickness of the active layer 3 is varied.
  • the thickness in Direction parallel to the growth direction G corresponds to a value Dl on one side of the semiconductor body 2.
  • the thickness grows along the longitudinal direction L as part of the
  • the thickness remains constant, within the framework of the manufacturing tolerances.
  • the thickness D1 is approximately 7.0 nm and the thickness D2 is approximately 8.5 nm.
  • the wavelength increases, for example, from approximately 800 nm to approximately 810 nm in the course of thickness from D1 to D2.
  • the thickness D 1, D 2 of the active layer 3 it is optionally also possible to additionally vary the material composition of the active layer 3 in the longitudinal direction L.
  • a material composition of the barrier layers 4, here formed by the waveguide layers 5a, 5b, may also be varied.
  • the semiconductor body 2 has two active layers 3a, 3b. Between these active layers 3a, 3b there is a barrier layer 4 different from the waveguide layers 5a, 5b.
  • the thickness of the barrier layer 4 decreases from a value B1 to a value B2.
  • the value Bl is about 10 nm and the value B2 is about 8 nm.
  • the two active layers 3a, 3b are coupled to one another. This coupling has an influence, for example, on one
  • the emission wavelength is in The radiation generated with the active layers 3a, 3b is increasingly shifted with decreasing thickness of the barrier layer 4 into the longer wavelength spectral range.
  • Options for setting the emission wavelength ⁇ of the radiation can also be combined with one another in a single component.
  • the emission wavelength ⁇ of the radiation can also be combined with one another in a single component.
  • Material composition of the at least one active layer 3 and the thickness of the barrier layer 4 combined and adjusted.
  • Wavelength constant and thus not varied along the longitudinal direction L A corresponding semiconductor component emits radiation only in a comparatively narrow spectral range.
  • FIG. 5C A sinusoidal profile of the emission wavelength ⁇ along the longitudinal direction L is shown in FIG. 5C.
  • the emission wavelength ⁇ first increases linearly with increasing position with respect to the longitudinal direction L and subsequently decreases linearly again.
  • FIG. 5E In the course of the emission wavelength ⁇ according to FIG. 5E, there is a step-function-like course. That is, within certain ranges, the emission wavelength ⁇ is approximately constant and changes abruptly between individual plateaus.
  • the emission wavelength ⁇ may change in a sawtooth manner along the longitudinal direction L or may be a combination of the courses shown.
  • an intensity I of the radiation emitted by the semiconductor component 1 is plotted against the emission wavelength ⁇ .
  • the radiation has a comparatively small spectral width w.
  • the spectrum shown corresponds approximately to that of a semiconductor element according to FIG. 5A, in which the wavelength along the longitudinal direction is not set or varied.
  • the intensity distribution according to FIG. 6B originates, for example, from a semiconductor component 1 according to FIG. 5B described here, in which the emission wavelength ⁇ is varied linearly along the longitudinal direction L.
  • the intensity distribution has a comparatively large spectral width w.
  • the spectrum shows a broad maximum in which the intensity I is approximately constant over a relatively large spectral range.
  • the spectral width w according to FIG. 6b is, for example, at least three times as large as the spectral width w according to FIG. 6A Semiconductor element in which the emission wavelength ⁇ is not adjusted and varied.
  • the intensity I with respect to the emission wavelength ⁇ has two maxima separated from one another by a pronounced minimum.
  • a spectrum may result from a semiconductor device 1, for example according to FIG. 6E, in which the emission wavelength ⁇ along the longitudinal direction L shows a step-function-like course.
  • the spectrum may also have significantly more than two maxima.
  • the spectral width w is significantly greater than approximately according to FIG. 6A.
  • a multiplicity of electrical contact regions 7b are applied to a side of the semiconductor body 2 facing away from the carrier 9.
  • the contact regions 7b are designed in a strip-like manner, with the contact regions 7b extending mainly in a direction perpendicular to the radiation passage area 12, parallel to the emission direction E.
  • the semiconductor body 2 preferably has a low electrical transverse conductivity in a direction parallel to the longitudinal direction L, so that energization of the active layer 3 takes place approximately only parallel to the growth direction G, starting from the contact regions 7b.
  • the electrical contact regions 7b cover, for example, a surface portion of the side facing away from the carrier 9 of the semiconductor body 2 between 10% and 95%, in particular between 50% and 80% inclusive.
  • a width of the contact regions 7b is along the longitudinal direction preferably between 10 ⁇ m and 300 ⁇ m inclusive, in particular between 50 ⁇ m and 200 ⁇ m inclusive.
  • the electrical contact regions 7a on the carrier 9 may likewise be patterned like a strip, analogously to the contact regions 7b.
  • the semiconductor device 1 it is possible for the semiconductor device 1 to have between 5 and 100 such contact regions 7b.
  • each of the contact regions 7b is a wavelength generated in the active layer 3 .lambda..sub.i to ⁇ n can be assigned.
  • the contact regions 7b can be electrically controlled individually. In this way, a targeted adjustment of the intensity I of the radiation as a function of the emission wavelength ⁇ can be realized.
  • At least one heat sink 11 may optionally be attached to a side of the contact regions 7b and / or the support 9 facing away from the support 9.
  • the support 9 and / or the heat sink 11 may be a metal, sapphire, GaN, SiC, GaSb or InP. It is also possible that the carrier 9 and the heat sink 11 constitute composite bodies.
  • FIG. 8 illustrates an exemplary embodiment of a device for pumping a laser medium 8.
  • Two optoelectronic semiconductor components serve for optical pumping of the laser medium 8.
  • the radiation R which forms the radiation passage areas 12 leaves in the region of the active layer 3, is led directly to the laser medium 8.
  • the emission wavelength ⁇ is varied along the active layers 3 parallel to the longitudinal direction L.
  • In the laser medium 8 takes place over the volume of the laser medium 8 relatively uniform absorption of the pump radiation R.
  • non-drawn optical elements such as light guides, lenses or mirrors may be mounted between the optoelectronic semiconductor devices 1 and the laser medium 8, for example to realize a uniform mixing of the radiation R generated by the semiconductor devices 1 and to ensure a spectrally uniform illumination of the laser medium 8 ,
  • FIG. 9A shows a three-dimensional schematic representation of a further exemplary embodiment, according to which the semiconductor component 1 is designed as a surface-emitting laser, or VCSEL for short.
  • the emission direction E is oriented parallel to the growth direction G.
  • Radiation passage area 12 is also oriented perpendicular to the growth direction G.
  • a transverse direction Q is oriented both perpendicular to the growth direction G and perpendicular to the longitudinal direction L.
  • the semiconductor body 2 has three contiguous regions in which radiation with emission wavelengths ⁇ i, ⁇ 2 , ⁇ 3 different from one another is emitted.
  • the material composition and / or the layer thickness of the at least one active layer of the semiconductor body 2 is preferably only varied along the longitudinal direction L, along the transverse direction Q is the Material composition and / or the layer thickness that is preferably constant. For example, the
  • Material composition and / or the layer thickness along the longitudinal direction L similar to a step function, analogous to Figure 5E, varies.
  • the semiconductor bodies 2a, 2b, 2c are grown on the common carrier 9.
  • a radiation with a different emission wavelength ⁇ i, ⁇ 2 , ⁇ 3 is generated in each of the semiconductor bodies 2a, 2b, 2c.
  • the semiconductor device 1 designed as an edge-emitting laser comprises three active layers 3 a, 3 b, 3 c that follow one another along the direction of growth G.
  • Radiation passage area 12 is aligned parallel to the plane of the drawing. Between adjacent active layers 3a, 3b, 3c are respectively the cladding layers 6, the waveguide layers 5 and a tunnel diode 14. In each of the active layers 3a, 3b, 3c, the layer thickness and / or the material composition is varied along the longitudinal direction L. The variation takes place, for example, similar to a step function, analogous to FIG. 5E.
  • the emission wavelengths generated along the growth direction G .lambda..sub.i, a, .lambda..sub.i, b, .lambda..sub.i, c of the active layers 3a, 3b, 3c are also different from each other are preferred.
  • ⁇ i, a > ⁇ i, b > ⁇ i, c The same can also apply to the emission wavelengths ⁇ 2 , a , ⁇ 2 , b , ⁇ 2 , c , ⁇ 3 , a , ⁇ 3 , b / ⁇ 3 , c .
  • the radiation passage area it is possible for the radiation passage area to have, in plan view, subareas arranged in matrix form.
  • a different emission wavelength can be emitted.
  • the emission wavelength is thus varied, for example, both along the longitudinal direction L and, via the stack-like arrangement of the active layers 3a, 3b, 3c, along the growth direction G.

Abstract

At least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component (1) comprises an epitactically grown semiconductor body (2) having at least one active layer (3). The semiconductor body (2) of the semiconductor component (1) furthermore comprises at least one barrier layer (4), wherein the barrier layer (4) directly adjoins the active layer (3). In a variation direction or a longitudinal direction (L), perpendicular to a growth direction (G) of the semiconductor body (2), a material composition and/or a layer thickness of the active layer (3) and/or the barrier layer (4) is varied. Due to the variation of the material composition and/or the layer thickness of the active layer (3) and/or the barrier layer (4), an emission wavelength (λ) of a radiation (R) generated in the active layer (3), likewise in the variation direction or in the longitudinal direction (L), is set.

Description

Beschreibungdescription
Optoelektronisches HalbleiterbauteilOptoelectronic semiconductor device
Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben.An optoelectronic semiconductor component is specified.
In der Druckschrift DE 100 32 246 Al ist ein Lumineszenzdiodenchip auf der Basis von InGaN und ein Verfahren zu dessen Herstellung angegeben.DE 100 32 246 A1 discloses a luminescence diode chip based on InGaN and a method for its production.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben, das bei zumindest zwei voneinander verschiedenen Emissionswellenlängen eine elektromagnetische Strahlung emittiert.An object to be solved is to specify an optoelectronic semiconductor component which emits electromagnetic radiation at at least two mutually different emission wavelengths.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst dieses einen epitaktisch gewachsenen Halbleiterkörper mit mindestens einer aktiven Schicht. Es ist möglich, dass der gesamte Halbleiterkörper ausschließlich epitaktisch erzeugt ist. Beispielsweise umfasst der Halbleiterkörper genau eine aktive Schicht. Der Halbleiterkörper kann neben der mindestens einen aktiven Schicht weitere Schichten wie Mantelschichten, Wellenleiterschichten, Kontaktschichten und/oder StromaufWeitungsschichten aufweisen. Beispielsweise basiert der Halbleiterkörper auf einem der folgenden Materialsysteme: GaN, GaP, InGaP, InGaAl, InGaAlP, GaAs oder InGaAs.According to at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, this comprises an epitaxially grown semiconductor body having at least one active layer. It is possible that the entire semiconductor body is exclusively epitaxially generated. By way of example, the semiconductor body comprises exactly one active layer. The semiconductor body may have, in addition to the at least one active layer, further layers such as cladding layers, waveguide layers, contact layers and / or current spreading layers. For example, the semiconductor body is based on one of the following material systems: GaN, GaP, InGaP, InGaAl, InGaAlP, GaAs or InGaAs.
Die aktive Schicht umfasst bevorzugt einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, einen Einfach-Quantentopf oder Single quantum well, kurz SQW, oder, besonders bevorzugt, eine Mehrfach-QuantentopfStruktur oder multi quantum well, kurz MQW, zur Strahlungserzeugung. Besonders bevorzugt umfasst die aktive Schicht eine Einfach-Quantentopfstruktur oder Single quantum well, kurz SQW. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur entfaltet hierbei keine Bedeutung hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.The active layer preferably comprises a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well or single quantum well, in short SQW, or, more preferably, a multiple quantum well structure or multi quantum well, MQW for short, for generating radiation. Particularly preferably, the active layer a single quantum well structure or single quantum well, short SQW. The term quantum well structure unfolds no significance with regard to the dimensionality of the quantization. It thus includes quantum wells, quantum wires and quantum dots and any combination of these structures.
Im Betrieb des Halbleiterbauteils wird in der aktiven Schicht eine elektromagnetische Strahlung erzeugt. Die in der aktiven Schicht erzeugte Strahlung liegt bevorzugt in einemDuring operation of the semiconductor device, an electromagnetic radiation is generated in the active layer. The radiation generated in the active layer is preferably in one
Wellenlängenbereich zwischen einschließlich 300 nm und 3000 nm, insbesondere zwischen einschließlich 360 nm und 1100 nm.Wavelength range between 300 nm and 3000 nm inclusive, in particular between 360 nm and 1100 nm inclusive.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist der Halbleiterkörper an einem Träger angebracht. Bei dem Träger kann es sich um ein Aufwachssubstrat handeln, auf dem der Halbleiterkörper aufgewachsen ist. Ebenso ist es möglich, dass der Halbleiterkörper auf einem Aufwachssubstrat gewachsen ist und anschließend auf einen vom Aufwachssubstrat verschiedenen Träger umgebondet wird.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the semiconductor body is attached to a carrier. The carrier can be a growth substrate on which the semiconductor body has grown. It is also possible for the semiconductor body to have grown on a growth substrate and subsequently to be transposed onto a support which is different from the growth substrate.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst der Halbleiterkörper mindestens eine Barriereschicht. Die Barriereschicht ist insbesondere eine solche Schicht, die in unmittelbarem oder direktem Kontakt zu der mindestens einen aktiven Schicht steht. Die mindestens eine aktive Schicht und die mindestens eine Barriereschicht sind mit anderen Worten benachbart.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the semiconductor body comprises at least one barrier layer. The barrier layer is in particular such a layer which is in direct or direct contact with the at least one active layer. The at least one active layer and the at least one barrier layer are in other words adjacent.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils weist der Halbleiterkörper eine Variationsrichtung auf, die, im Rahmen der Herstellungstoleranzen, senkrecht zu einer Wachstumsrichtung des Halbleiterkörpers orientiert ist. Die Variationsrichtung kann mit anderen Worten eine beliebige Richtung sein, die senkrecht zur Wachstumsrichtung orientiert ist.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the semiconductor body has a variation direction which, in the context of the Manufacturing tolerances, oriented perpendicular to a growth direction of the semiconductor body. In other words, the direction of variation may be any direction oriented perpendicular to the direction of growth.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist eine Materialzusammensetzung und/oder eine Schichtdicke der aktiven Schicht und/oder der Barriereschicht variiert. Mit anderen Worten ändert sich die Materialzusammensetzung und/oder die Schichtdicke der aktiven Schicht und/oder der Barriereschicht insbesondere entlang der Variationsrichtung. Die Materialzusammensetzung und/oder die Schichtdicke ist hierbei gezielt eingestellt.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, a material composition and / or a layer thickness of the active layer and / or the barrier layer is varied. In other words, the material composition and / or the layer thickness of the active layer and / or the barrier layer changes in particular along the direction of variation. The material composition and / or the layer thickness is specifically adjusted here.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist entlang der Variationsrichtung eine Emissionswellenlänge einer in der aktiven Schicht erzeugten Strahlung eingestellt. Die Emissionswellenlänge ist hierbei insbesondere abhängig von der Materialzusammensetzung und/oder der Schichtdicke der mindestens einen aktivenIn accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, an emission wavelength of a radiation generated in the active layer is set along the direction of variation. The emission wavelength here depends in particular on the material composition and / or the layer thickness of the at least one active one
Schicht und/oder der wenigstens einen Barriereschicht. Somit ist die Emissionswellenlänge über die Materialzusammensetzung und/oder die Schichtdicke der aktiven Schicht und/oder der Barriereschicht entlang der Variationsrichtung eingestellt.Layer and / or the at least one barrier layer. Thus, the emission wavelength over the material composition and / or the layer thickness of the active layer and / or the barrier layer is set along the direction of variation.
In mindestens einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst dieses einen epitaktisch gewachsenen Halbleiterkörper mit mindestens einer aktiven Schicht. Weiterhin weist der Halbleiterkörper des Halbleiterbauteils mindestens eine Barriereschicht auf, wobei die Barriereschicht direkt an die aktive Schicht grenzt. Entlang einer Variationsrichtung, senkrecht zu einer Wachstumsrichtung des Halbleiterkörpers, ist eine Materialzusammensetzung und/oder eine Schichtdicke der aktiven Schicht und/oder der Barriereschicht variiert. Durch die Variation der Materialzusammensetzung und/oder der Schichtdicke der aktiven Schicht und/oder der Barriereschicht ist eine Emissionswellenlänge einer in der aktiven Schicht erzeugten Strahlung, ebenfalls entlang der Variationsrichtung, eingestellt.In at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the latter comprises an epitaxially grown semiconductor body having at least one active layer. Furthermore, the semiconductor body of the semiconductor device has at least one barrier layer, wherein the barrier layer directly adjoins the active layer. Along a variation direction, perpendicular to a growth direction of the semiconductor body, is a Material composition and / or a layer thickness of the active layer and / or the barrier layer varies. By varying the material composition and / or the layer thickness of the active layer and / or the barrier layer, an emission wavelength of a radiation generated in the active layer, also along the direction of variation, is set.
Bei einem solchen Halbleiterbauteil ist es möglich, dass innerhalb eines einzigen, monolithischen Halbleiterkörpers an verschiedenen Stellen der aktiven Schicht eine Strahlung mit jeweils unterschiedlichen Emissionswellenlängen erzeugt werden kann, wobei die Emissionswellenlänge über die Eigenschaften der aktiven Schicht und/oder der Barriereschicht, also über deren Dicke undIn such a semiconductor device, it is possible that within a single, monolithic semiconductor body at different locations of the active layer, a radiation having different emission wavelengths can be generated, wherein the emission wavelength on the properties of the active layer and / or the barrier layer, ie over the thickness thereof and
Materialzusammensetzung, gezielt eingestellt werden kann.Material composition, can be adjusted specifically.
Beispielsweise ist es möglich, dass ein solches optoelektronisches Halbleiterbauteil zum Pumpen eines Lasermediums eingesetzt wird. Ein Lasermedium weist, abhängig von einer Wellenlänge einer Pumpstrahlung, unterschiedliche Eindringtiefen bezüglich der Pumpstrahlung in das Lasermedium auf. Werden unterschiedliche Pumpwellenlängen verwendet, so kann das Lasermedium homogener gepumpt werden. Dieses homogenere Pumpen führt zum Beispiel zu einer verbesserten Modenqualität oder Effizienz einer über das Lasermedium erzeugten Laserstrahlung.For example, it is possible that such an optoelectronic semiconductor device is used for pumping a laser medium. A laser medium has, depending on a wavelength of a pump radiation, different penetration depths with respect to the pump radiation into the laser medium. If different pump wavelengths are used, the laser medium can be pumped more homogeneously. For example, this more homogeneous pumping results in improved mode quality or efficiency of laser radiation generated via the laser medium.
Um ein Lasermedium mit unterschiedlichen Wellenlängen zu pumpen, können gleichzeitig mehrere verschiedeneTo pump a laser medium with different wavelengths, several different can simultaneously
Halbleiterbauteile eingesetzt werden, wobei jedes oder mehrere der Halbleiterbauteile bei jeweils anderen Emissionswellenlängen Strahlung emittieren. Der Einsatz mehrerer, voneinander verschiedener Halbleiterbauteile erhöht allerdings den Justageaufwand für die Halbleiterbauteile. Auch können sich die Halbleiterbauteile leichter dejustieren und eine Verschlechterung etwa der Modenqualität der im Lasermedium generierten Laserstrahlung führen.Semiconductor devices are used, wherein each or more of the semiconductor devices emit radiation at different emission wavelengths. The use However, a plurality of different semiconductor devices increases the adjustment effort for the semiconductor devices. Also, the semiconductor devices are easier to misalign and cause a deterioration about the mode quality of the laser radiation generated in the laser medium.
Ebenso können Halbleiterbauteile zum Pumpen eingesetzt werden, bei denen mehrere aktive Schichten in Wachstumsrichtung des Halbleiterkörpers aufeinander folgen. Jede der aktiven, in Wachstumsrichtung aufeinander folgenden Schichten emittiert dann beispielsweise bei einer anderen Emissionswellenlänge. Ein solches Bauteil weist allerdings einen vergleichsweise hohen elektrischen Widerstand auf, mit dem vergleichsweise hohe elektrische Verluste im Halbleiterkörper einhergehen. Zur Erzeugung verhältnismäßig hoher Strahlungsintensitäten, wie zum Pumpen eines Lasermediums benötigt, sind derartige Bauteile daher oft nur bedingt geeignet.It is likewise possible to use semiconductor components for pumping in which a plurality of active layers follow one another in the direction of growth of the semiconductor body. Each of the active layers following one another in the direction of growth then emits, for example, at a different emission wavelength. However, such a component has a comparatively high electrical resistance, which is accompanied by comparatively high electrical losses in the semiconductor body. To generate relatively high radiation intensities, as required for pumping a laser medium, such components are therefore often only suitable.
Eine weitere Möglichkeit, ein Bauteil zu realisieren, das verschiedene Emissionswellenlängen erzeugt, besteht darin, verschiedene aktive Schichten in einer Richtung senkrecht zur Wachstumsrichtung des Halbleiterkörpers auszubilden. Diese sich lateral nebeneinander befindenden aktiven Schichten können insbesondere nacheinander in verschiedenenA further possibility of realizing a component which generates different emission wavelengths is to form different active layers in a direction perpendicular to the direction of growth of the semiconductor body. These laterally juxtaposed active layers can in particular successively in different
Verfahrensschritten gewachsen sein. Ein solches sequenzielles Wachsen von nebeneinander angeordneten aktiven Schichten ist aufwändig, da zusätzliche, verschiedene epitaktische Wachstumsschritte erforderlich sind. Dies kann die Ausbeute bei der Herstellung eines solchen Halbleiterbauteils reduzieren oder auch zu einer verminderten Qualität und dadurch zu einer reduzierten Lebensdauer führen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils weist dieses eine Emissionsrichtung auf. Die Emissionsrichtung ist, im Rahmen derBe grown process steps. Such sequential growth of juxtaposed active layers is expensive because additional, different epitaxial growth steps are required. This can reduce the yield in the production of such a semiconductor device or even lead to a reduced quality and thereby to a reduced life. In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, this has an emission direction. The emission direction is, under the
Herstellungstoleranzen, bevorzugt sowohl quer, insbesondere senkrecht, zur Wachstumsrichtung als auch quer, insbesondere senkrecht, zu einer der Variationsrichtungen orientiert. Weiterhin ist die Emissionsrichtung bevorzugt quer, insbesondere senkrecht, zur Wachstumsrichtung orientiert. Die Emissionsrichtung ist hierbei insbesondere diejenige Richtung, entlang der eine maximale Strahlungsintensität emittiert wird, oder diejenige Richtung, die eine Strahlachse der erzeugten, emittierten Strahlung darstellt. Hierbei ist nicht ausgeschlossen, dass eine Emission der Strahlung in zwei einander entgegengesetzten Richtungen erfolgt.Manufacturing tolerances, preferably both transversely, in particular perpendicular, oriented to the growth direction as well as transversely, in particular perpendicular, to one of the directions of variation. Furthermore, the emission direction is preferably oriented transversely, in particular perpendicular, to the growth direction. In this case, the emission direction is in particular the direction along which a maximum radiation intensity is emitted or the direction which represents a beam axis of the emitted radiation generated. It is not excluded that an emission of the radiation takes place in two opposite directions.
Mit anderen Worten sind die Emissionsrichtung, die Wachstumsrichtung und diese Variationsrichtung insbesondere jeweils, im Rahmen der Herstellungstoleranzen, paarweise orthogonal zueinander orientiert. Im Folgenden wird diese Variationsrichtung, die sowohl zur Wachstumsrichtung als auch zur Emissionsrichtung senkrecht ausgerichtet ist, als Längsrichtung bezeichnet. Die Längsrichtung ist also eine spezielle Variationsrichtung.In other words, the emission direction, the direction of growth and this direction of variation are in each case oriented in pairs orthogonal to one another within the framework of the manufacturing tolerances. In the following, this variation direction, which is oriented perpendicular to both the growth direction and the emission direction, is referred to as the longitudinal direction. The longitudinal direction is therefore a special variation direction.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist dieses als kantenemittierender Halbleiterlaser gestaltet. Die im Halbleiterbauteil erzeugte Strahlung kann also eine kohärente Laserstrahlung sein. Die Emissionsrichtung ist dann insbesondere parallel zu einer Resonatorachse eines Laserresonators orientiert, also bevorzugt senkrecht sowohl zur Längsrichtung als auch zur Wachstumsrichtung. Beispielsweise ist die Emissionsrichtung dann senkrecht zu Resonatorspiegeln des Laserresonators angeordnet. Es ist nicht erforderlich, dass eine Länge des Laserresonators kleiner ist als eine Ausdehnung des Halbleiterkörpers entlang der Längsrichtung.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, this is designed as an edge-emitting semiconductor laser. The radiation generated in the semiconductor device can thus be a coherent laser radiation. The emission direction is then oriented in particular parallel to a resonator axis of a laser resonator, ie preferably perpendicular to both the longitudinal direction and the direction of growth. For example, the emission direction is then perpendicular to resonator mirrors of the laser resonator arranged. It is not necessary that a length of the laser resonator is smaller than an extension of the semiconductor body along the longitudinal direction.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist dieses als oberflächenemittierender Halbleiterlaser gestaltet. Der Halbleiterlaser weist dann bevorzugt einen vertikalen Resonator auf, insbesondere ist der Halbleiterlaser also ein so genannter vertical cavity surface emitting laser, kurz VCSEL. Es ist möglich, dass der Halbleiterkörper dann etwa als Bragg-Spiegel gestaltete Resonatorspiegel umfasst. Einer der Resonatorspiegel kann auch als externe Komponente vorliegen.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, this is designed as a surface-emitting semiconductor laser. The semiconductor laser then preferably has a vertical resonator, in particular the semiconductor laser is thus a so-called vertical cavity surface emitting laser, in short VCSEL. It is possible for the semiconductor body then to comprise resonator mirrors designed approximately as Bragg mirrors. One of the resonator mirrors can also be present as an external component.
Ist das Halbleiterbauteil als oberflächenemittierender Laser gestaltet, so ist also bevorzugt die Resonatorachse und somit insbesondere auch die Emissionsrichtung parallel zur Wachstumsrichtung ausgerichtet. Weiterhin weist das Halbleiterbauteil dann bevorzugt eine Querrichtung auf, die senkrecht sowohl zur Längsrichtung als auch zur Wachstumsrichtung ausgerichtet ist.If the semiconductor component is designed as a surface-emitting laser, then the resonator axis and therefore in particular also the emission direction is preferably aligned parallel to the growth direction. Furthermore, the semiconductor component then preferably has a transverse direction, which is aligned perpendicular to both the longitudinal direction and the direction of growth.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils variiert die Materialzusammensetzung und/oder die Schichtdicke der aktiven Schicht und/oder der Barriereschicht, im Rahmen der Herstellungstoleranzen, ausschließlich entlang der Längsrichtung oder einer der Variationsrichtungen. Ist das Halbleiterbauteil zum Beispiel ein kantenemittierender Halbleiterlaser, so sind die Materialzusammensetzung und die Schichtdicke also entlang der Resonatorachse des Laserresonators, parallel zur Emissionsrichtung, im Rahmen der Herstellungstoleranzen konstant . Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist eine geometrische Länge des Resonators, insbesondere in einer Richtung senkrecht zu einer Strahlungsaustrittsseite des Halbleiterbauteils und/oder parallel zur Emissionsrichtung und/oder senkrecht zur Wachstumsrichtung, über das gesamte Halbleiterbauteil und/oder über einen gesamten, Strahlung erzeugenden Bereich des Halbleiterbauteils hinweg insbesondere im Rahmen der Herstellungstoleranzen konstant. Mit anderen Worten wird eine Variation der emittierten Wellenlänge dann nicht durch eine gezielte, lokale Variation der Resonatorlänge erzielt.According to at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the material composition and / or the layer thickness of the active layer and / or the barrier layer, within the manufacturing tolerances, varies exclusively along the longitudinal direction or one of the directions of variation. If, for example, the semiconductor device is an edge-emitting semiconductor laser, then the material composition and the layer thickness along the resonator axis of the laser resonator, parallel to the emission direction, are constant within the manufacturing tolerances. In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, a geometric length of the resonator, in particular in a direction perpendicular to a radiation exit side of the semiconductor device and / or parallel to the emission direction and / or perpendicular to the growth direction, is over the entire semiconductor device and / or over an entire, radiation-generating Range of the semiconductor device, in particular in the context of manufacturing tolerances constant. In other words, a variation of the emitted wavelength is then not achieved by a targeted, local variation of the resonator length.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils befindet sich die Barriereschicht zwischen zwei aktiven Schichten. Die Barriereschicht grenzt hierbei bevorzugt direkt an die beiden aktiven Schichten. Weiterhin ist bevorzugt die Materialzusammensetzung und/oder die Schichtdicke der Barriereschicht entlang der Längsrichtung oder der Variationsrichtung, insbesondere ausschließlich längs der Längsrichtung, variiert.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the barrier layer is located between two active layers. In this case, the barrier layer preferably directly adjoins the two active layers. Furthermore, the material composition and / or the layer thickness of the barrier layer along the longitudinal direction or the direction of variation, in particular exclusively along the longitudinal direction, is preferably varied.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischenAccording to at least one embodiment of the optoelectronic
Halbleiterbauteils ändert sich die Emissionswellenlänge entlang der Längsrichtung oder entlang der Variationsrichtung an einer Strahlungsdurchtrittsflache des Halbleiterkörpers um mindestens 5 nm. Bevorzugt ändert sich dieSemiconductor component, the emission wavelength changes along the longitudinal direction or along the variation direction at a radiation passage area of the semiconductor body by at least 5 nm. Preferably, the changes
Emissionswellenlänge entlang der Längsrichtung oder entlang der Variationsrichtung um mindestens 7 nm, besonders bevorzugt um mindestens 10 nm, insbesondere um mindestens 15 nm. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils beträgt eine spektrale Breite der in der mindestens einen aktiven Schicht erzeugten Strahlung mindestens 5 nm, bevorzugt mindestens 7 nm, besonders bevorzugt mindestens 10 nm, insbesondere mindestens 15 nm. Mit anderen Worten emittiert das Halbleiterbauteil dann in einem im Wesentlichen kontinuierlichen Spektralbereich mit einer der genannten spektralen Breiten. Die spektrale Breite ist hierbei insbesondere die volle Breite auf halber Höhe des Maximums, kurz FWHM. Es ist möglich, dass das Spektrum der erzeugten Strahlung innerhalb der FWHM-Breite lokale Minima oder Maxima aufweist.Emission wavelength along the longitudinal direction or along the direction of variation by at least 7 nm, more preferably by at least 10 nm, in particular by at least 15 nm. According to at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, a spectral width of the radiation generated in the at least one active layer is at least 5 nm, preferably at least 7 nm, particularly preferably at least 10 nm, in particular at least 15 nm. In other words, the semiconductor component then emits in an im Substantially continuous spectral range with one of said spectral widths. The spectral width here is in particular the full width at half the height of the maximum, in short FWHM. It is possible that the spectrum of the generated radiation has local minima or maxima within the FWHM width.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ändert sich die Emissionswellenlänge entlang der Längsrichtung oder entlang der Variationsrichtung im Rahmen der Herstellungstoleranzen monoton. Definiert die Längsrichtung zum Beispiel eine x-Achse, so bedeutet dies etwa in dem Fall, dass die Emissionswellenlänge monoton steigt, dass bei einer Position X1 die Wellenlänge kleiner oder gleich einer Wellenlänge bei einer Position X2 ist, wobei Xi kleiner ist als X2. Entsprechend umgekehrtes gilt für den Fall, dass die Emissionswellenlänge monoton fällt.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the emission wavelength along the longitudinal direction or along the direction of variation changes monotonically within the framework of the manufacturing tolerances. For example, if the longitudinal direction defines an x-axis, for example in the case where the emission wavelength increases monotonically, then at a position X 1 the wavelength is less than or equal to a wavelength at a position X 2 , where X i is less than X 2 . The opposite applies in the case where the emission wavelength falls monotonously.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ändert sich die Emissionswellenlänge entlang der Längsrichtung oder entlang der Variationsrichtung periodisch. Die Emissionswellenlänge kann beispielsweise einen sägezahnartigen, rechteckartigen oder sinusartigen Verlauf aufzeigen.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the emission wavelength changes periodically along the longitudinal direction or along the direction of variation. The emission wavelength can show, for example, a sawtooth-like, rectangular or sinusoidal profile.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ändert sich die Emissionswellenlänge entlang der Längsrichtung oder entlang der Variationsrichtung ähnlichen einer Stufenfunktion. Mit anderen Worten ist die Emissionswellenlänge entlang der Längsrichtung oder entlang der Variationsrichtung abschnittsweise näherungsweise konstant und ändert sich zwischen einzelnen Abschnitten sprungartig. Bevorzugt ist die Stufenfunktion entlang der Längsrichtung oder entlang der Variationsrichtung monoton fallend oder monoton steigend.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the emission wavelength changes along the longitudinal direction or along the variation direction similar to a step function. In other words, the emission wavelength along the longitudinal direction or along the variation direction is approximately constant in sections and changes abruptly between individual sections. The step function is preferably monotonically decreasing or monotonically increasing along the longitudinal direction or along the direction of variation.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ändert sich die Emissionswellenlänge entlang der Längsrichtung oder entlang derIn accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the emission wavelength changes along the longitudinal direction or along the longitudinal direction
Variationsrichtung, im Rahmen der Herstellungstoleranzen, linear. Es kann also die Emissionswellenlänge in Abhängigkeit von einer x-Position näherungsweise durch eine Geradengleichung beschrieben werden.Variation direction, within the manufacturing tolerances, linear. Thus, the emission wavelength as a function of an x-position can be approximately described by a straight-line equation.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist der Halbleiterkörper als einstückiger Laserbarren gestaltet. Beispielsweise ist derIn accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the semiconductor body is designed as a one-piece laser bar. For example, the
Halbleiterkörper ein quaderartiger, monolithischer Block.Semiconductor body a cuboid, monolithic block.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist die mindestens eine aktive Schicht entlang der Längsrichtung oder entlang der Variationsrichtung zusammenhängend. Die aktive Schicht wird also entlang der Längsrichtung oder entlang der Variationsrichtung nicht durch beispielsweise geätzte Gräben unterbrochen.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the at least one active layer is continuous along the longitudinal direction or along the direction of variation. The active layer is therefore not interrupted along the longitudinal direction or along the direction of variation by, for example, etched trenches.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils weist dieses entlang der Längsrichtung oder entlang der Variationsrichtung eine Mehrzahl von elektrischen Kontaktbereichen auf. Die Kontaktbereiche sind hierbei zu einer elektrischen Kontaktierung des Halbleiterkörpers eingerichtet. Beispielsweise sind entlang einer Oberseite und/oder einer Unterseite desIn accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the latter has a plurality of electrical contact regions along the longitudinal direction or along the direction of variation. The contact areas are in this case set up for an electrical contacting of the semiconductor body. For example, along an upper side and / or a lower side of the
Halbleiterkörpers, die dem Halbleiterkörper in eine Richtung parallel zur Wachstumsrichtung begrenzen, mehrere einzelne, punktartige oder streifenartige Metallisierungen aufgebracht. Im Falle streifenartiger Kontaktbereiche erstrecken sich die Streifen bevorzugt entlang der Emissionsrichtung.Semiconductor body, which limit the semiconductor body in a direction parallel to the growth direction, applied a plurality of single, point-like or strip-like metallizations. In the case of strip-like contact regions, the strips preferably extend along the emission direction.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist den Kontaktbereichen jeweils eine bestimmte Emissionswellenlänge zugeordnet. Mit anderen Worten ist, innerhalb eines Kontaktbereichs, die Emissionswellenlänge näherungsweise konstant. Es ist dann möglich, dass einzelne Kontaktbereiche, insbesondere Gruppen von eine bestimmte Emissionswellenlänge aufweisende Kontaktbereiche, separat elektrisch ansteuerbar sind. Auf diese Weise kann die Intensität bestimmter Emissionswellenlängen im Verhältnis zur Intensität anderer Emissionswellenlängen gezielt eingestellt werden.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the contact regions are each assigned a specific emission wavelength. In other words, within a contact region, the emission wavelength is approximately constant. It is then possible for individual contact regions, in particular groups of contact regions having a specific emission wavelength, to be electrically controlled separately. In this way, the intensity of certain emission wavelengths can be adjusted in a targeted manner in relation to the intensity of other emission wavelengths.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils weist dieses zwischen einschließlich 10 und 100 Kontaktbereiche auf, die entlang der Längsrichtung oder entlang der Variationsrichtung des Halbleiterkörpers angeordnet sind.According to at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, this has between 10 and 100 contact regions, which are arranged along the longitudinal direction or along the direction of variation of the semiconductor body.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils liegt eine Längsausdehnung des Halbleiterbauteils entlang der Längsrichtung oder entlang der Variationsrichtung zwischen einschließlich 3 mm und 20 mm, insbesondere zwischen einschließlich 5 mm und 15 mm. Eine Ausdehnung des Halbleiterkörpers entlang der Emissionsrichtung, insbesondere eine Resonatorlänge, liegt im Bereich zwischen einschließlich 0,5 mm und 10 mm, insbesondere zwischen einschließlich 1,5 mm und 4 mm.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, a longitudinal extent of the semiconductor component along the longitudinal direction or along the direction of variation is between 3 mm and 20 mm inclusive, in particular between 5 mm and 15 mm inclusive. An expansion of the semiconductor body along the Emission direction, in particular a resonator length, is in the range between 0.5 mm and 10 mm inclusive, in particular between 1.5 mm and 4 mm inclusive.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist dieses dazu eingerichtet, eine mittlere Strahlungsleistung von mindestens 30 W, insbesondere von mindestens 100 W zu erzeugen. Das Halbleiterbauteil kann hierbei im Dauerstrichbetrieb, englisch Continuous Wave oder kurz cw, oder in einem gepulsten Modus betrieben sein.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the latter is set up to generate an average radiation power of at least 30 W, in particular of at least 100 W. The semiconductor device may be operated in continuous wave mode, English continuous wave or short cw, or in a pulsed mode.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils variiert die Schichtdicke der aktiven Schicht und/oder der Barriereschicht entlang der Längsrichtung oder entlang der Variationsrichtung zwischen einschließlich 0,3 nm und 3,0 nm, insbesondere zwischen einschließlich 0,4 nm und 1,5 nm.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the layer thickness of the active layer and / or the barrier layer varies along the longitudinal direction or along the direction of variation between 0.3 nm and 3.0 nm, in particular between 0.4 nm and 1.5 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils weist die aktive Schicht Indium auf.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the active layer has indium.
Beispielsweise ist dann insbesondere über einen Indiumgehalt die Emissionswellenlänge einstellbar.For example, the emission wavelength is then adjustable, in particular via an indium content.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils, bei dem die aktive Schicht Indium aufweist, variiert der Indiumgehalt der aktiven Schicht entlang der Längsrichtung oder entlang der Variationsrichtung zwischen einschließlich 0,5 Prozentpunkten und 10 Prozentpunkten, insbesondere zwischen einschließlich 3 Prozentpunkten und 7 Prozentpunkten. Der Indiumgehalt bezieht sich hierbei auf den Anteil von zum Beispiel Gallium- Gitterplätzen, die anstelle von Gallium durch Indium eingenommen sind, etwa im Falle eines auf AlGaAs basierenden Halbleiterkörpers .According to at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor device in which the active layer comprises indium, the indium content of the active layer varies along the longitudinal direction or along the direction of variation between 0.5 percentage points and 10 percentage points, in particular between 3 percentage points and 7 percentage points. The indium content refers to the proportion of, for example, gallium lattice sites, which instead of gallium by indium are taken, such as in the case of an AlGaAs based semiconductor body.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils beträgt der Indiumgehalt der aktivenIn accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the indium content is the active one
Schicht zwischen einschließlich 1 % und 30 %, insbesondere zwischen einschließlich 3 % und 27 %. Beispielsweise ist es aber auch möglich, dass der Indiumgehalt zwischen einschließlich 18 % und 27 % beträgt.Between 1% and 30%, in particular between 3% and 27%. For example, it is also possible that the indium content is between 18% and 27% inclusive.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst dieses mindestens zwei, bevorzugt mindestens drei aktive Schichten, die in Wachstumsrichtung aufeinander folgen. Bei mindestens einer, bevorzugt bei allen aktiven Schichten ist die Materialzusammensetzung und/oder die Schichtdicke der aktiven Schichten selbst oder der mindestens einen Barriereschicht entlang einer der Variationsrichtungen, insbesondere ausschließlich entlang der Längsrichtung, variiert. Besonders bevorzugt weisen entlang der Wachstumsrichtung benachbarte aktive Schichten, in einer Richtung parallel zur Wachstumsrichtung, verschiedene Emissionswellenlängen auf.According to at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, this comprises at least two, preferably at least three active layers which follow one another in the growth direction. In at least one, preferably in all active layers, the material composition and / or the layer thickness of the active layers themselves or of the at least one barrier layer is varied along one of the variation directions, in particular exclusively along the longitudinal direction. Particularly preferably, adjacent active layers along the growth direction, in a direction parallel to the growth direction, have different emission wavelengths.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist dieses ein kantenemittierender Laser und der Halbleiterkörper basiert auf dem AlGaAs- Materialsystem. Ein Indiumgehalt der mindestens einen aktiven Schicht ist entlang der Längsrichtung um mindestens 0,8 Prozentpunkte variiert. Die Emissionswellenlänge ändert sich weiterhin entlang der Längsrichtung um mindestens 7 nm. Zudem ist die Änderung der Emissionswellenlänge entlang der Längsrichtung durch eine lineare Funktion beschreibbar. Es wird darüber hinaus eine Vorrichtung zum Pumpen eines Lasermediums angegeben. Beispielsweise kann die Vorrichtung mindestens ein optoelektronisches Halbleiterbauteil umfassen, wie es in Verbindung mit mindestens einer der vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben ist.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, this is an edge-emitting laser and the semiconductor body is based on the AlGaAs material system. An indium content of the at least one active layer is varied along the longitudinal direction by at least 0.8 percentage points. The emission wavelength also changes along the longitudinal direction by at least 7 nm. In addition, the change of the emission wavelength along the longitudinal direction can be described by a linear function. There is also provided an apparatus for pumping a laser medium. For example, the device may comprise at least one optoelectronic semiconductor device, as described in connection with at least one of the preceding embodiments.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Vorrichtung umfasst diese mindestens ein Lasermedium, wobei das Lasermedium von dem Halbleiterbauteil optisch gepumpt ist. Bevorzugt ist das Lasermedium ein Festkörperlasermedium. Beispielsweise handelt es sich bei dem Lasermedium um einen dotierten Granat oder um ein dotiertes Glas.According to at least one embodiment of the device, the latter comprises at least one laser medium, the laser medium being optically pumped by the semiconductor component. The laser medium is preferably a solid-state laser medium. By way of example, the laser medium is a doped garnet or a doped glass.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Vorrichtung umfasst diese mindestens zwei, insbesondere mindestens drei optoelektronische Halbleiterbauteile, wie in Verbindung mit einer der oben beschriebenen Ausführungsformen angegeben.According to at least one embodiment of the device, the latter comprises at least two, in particular at least three, optoelectronic semiconductor components, as specified in conjunction with one of the embodiments described above.
Neben der Verwendung zum Pumpen von Lasermedien können hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauteile auch Anwendung finden in Anzeigeeinrichtungen oder in Beleuchtungseinrichtungen zu Projektionszwecken. Auch eine Anwendung in Scheinwerfern oder Lichtstrahlern oder bei der Allgemeinbeleuchtung ist möglich, ebenso wie in der Materialbearbeitung.In addition to the use for pumping laser media, optoelectronic semiconductor components described here can also be used in display devices or in illumination devices for projection purposes. An application in headlights or light emitters or in the general lighting is possible, as well as in material processing.
Nachfolgend wird ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil sowie eine hier beschriebene Vorrichtung zum Pumpen eines Lasermediums unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.In the following, an optoelectronic semiconductor component described here as well as a device described here for pumping a laser medium will be explained in more detail with reference to the drawing with reference to exemplary embodiments. The same reference numerals indicate the same elements in the individual figures. However, there are no scale relationships shown, but rather individual Elements for oversimplification may be exaggerated.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 eine schematische dreidimensionale Darstellung eines hier beschriebenen optoelektronischen1 shows a schematic three-dimensional representation of an optoelectronic device described here
Halbleiterbauteils,Semiconductor device,
Figuren 2 bis 4 schematische Seitenansichten von weiteren Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen HaIbleiterbauteilen,FIGS. 2 to 4 show schematic side views of further exemplary embodiments of optoelectronic semiconductor components described here,
Figuren 5 und 6 schematische Illustrationen von spektralen Eigenschaften von hier beschriebenen optoelektronischen HaIbleiterbauteilen,FIGS. 5 and 6 are schematic illustrations of spectral characteristics of optoelectronic semiconductor devices described herein;
Figur 7 eine schematische Seitenansicht eines weiterenFigure 7 is a schematic side view of another
Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils,Embodiment of an optoelectronic semiconductor device described here,
Figur 8 eine schematische dreidimensionale Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer hier beschriebenen Vorrichtung zum Pumpen eines Lasermediums, undFIG. 8 shows a schematic three-dimensional representation of an exemplary embodiment of a device described here for pumping a laser medium, and
Figuren 9 und 10 schematische Darstellungen von weiteren Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen HaIbleiterbauteilen.FIGS. 9 and 10 are schematic representations of further exemplary embodiments of optoelectronic semiconductor components described here.
In Figur 1 ist eine schematische dreidimensionale Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen Halbleiterbauteils 1 illustriert. Ein Halbleiterkörper 2 weist eine aktive Schicht 3 auf. In der aktiven Schicht 3 wird im Betrieb des Halbleiterbauteils 1 eine elektromagnetische Strahlung erzeugt.FIG. 1 illustrates a schematic three-dimensional representation of an exemplary embodiment of an optoelectronic semiconductor component 1. A semiconductor body 2 has an active layer 3. In the active layer 3 During operation of the semiconductor device 1, an electromagnetic radiation is generated.
Bevorzugt ist das Halbleiterbauteil 1 als kantenemittierender Laser oder auch als Superlumineszenzdiode ausgestaltet. Die Erzeugung der Strahlung in der aktiven Schicht 3 basiert also insbesondere auf stimulierter Emission. Beispielsweise verlässt die in der aktiven Schicht 3 erzeugte Strahlung den Halbleiterkörper 2 an einer Strahlungsdurchtrittsflache 12 mit einer Hauptabstrahlrichtung senkrecht zur Strahlungsdurchtrittsflache 12.Preferably, the semiconductor device 1 is designed as an edge-emitting laser or as a super-luminescent diode. The generation of the radiation in the active layer 3 is therefore based in particular on stimulated emission. For example, the radiation generated in the active layer 3 leaves the semiconductor body 2 at a radiation passage area 12 with a main emission direction perpendicular to the radiation passage area 12.
Ist das Halbleiterbauteil 1 als Laser gestaltet, so bildet die Strahlungsdurchtrittsflache 12 und eine der Strahlungsdurchtrittsflache 12 gegenüberliegende Seite des Halbleiterkörpers 2, jeweils mindestens zum Teil, Resonatorendflächen aus. Eine geometrische Resonatorlänge und somit insbesondere auch eine Ausdehnung des Halbleiterkörpers 2 entlang der Emissionsrichtung E beträgt zum Beispiel zwischen einschließlich 1 mm und 5 mm.If the semiconductor component 1 is designed as a laser, then the radiation passage area 12 and one of the radiation passage area 12 form the opposite side of the semiconductor body 2, in each case at least in part, resonator end faces. A geometric resonator length and thus in particular an extension of the semiconductor body 2 along the emission direction E is, for example, between 1 mm and 5 mm inclusive.
Im Rahmen der Herstellungstoleranzen ist die aktive Schicht 3 eben gestaltet. Der Halbleiterkörper 2 ist durch ein epitaktisches Wachsen erzeugt. Eine Wachstumsrichtung G ist im Rahmen der Herstellungstoleranzen senkrecht zurWithin the scope of manufacturing tolerances, the active layer 3 is flat. The semiconductor body 2 is produced by epitaxial growth. A growth direction G is within the manufacturing tolerances perpendicular to
Emissionsrichtung E orientiert und bildet somit eine Normale zur aktiven Schicht 3. Eine Ausdehnung des Halbleiterkörpers 2 entlang der Wachstumsrichtung G beträgt bevorzugt weniger als 500 μm, insbesondere weniger als 200 μm. Nicht halbleitende Materialien wie Wärmesenken oder metallischeDirection of emission E oriented and thus forms a normal to the active layer 3. An expansion of the semiconductor body 2 along the growth direction G is preferably less than 500 .mu.m, in particular less than 200 microns. Non-semiconductive materials such as heat sinks or metallic ones
Kontakte zählen hierbei nicht zum Halbleiterkörper 2 und sind in Figur 1 nicht dargestellt. Senkrecht zur Wachstumsrichtung G und senkrecht zur Emissionsrichtung E ist eine Längsrichtung L des Halbleiterkörpers 2 orientiert. Eine Ausdehnung des Halbleiterkörpers 2 entlang der Längsrichtung L beträgt beispielsweise zwischen 5 mm und 15 mm. Entlang derIn this case, contacts do not belong to the semiconductor body 2 and are not shown in FIG. Perpendicular to the direction of growth G and perpendicular to the emission direction E, a longitudinal direction L of the semiconductor body 2 is oriented. An extension of the semiconductor body 2 along the longitudinal direction L is for example between 5 mm and 15 mm. Along the
Längsrichtung L ist eine Materialzusammensetzung und/oder eine Schichtdicke der aktiven Schicht oder von an die aktive Schicht angrenzenden Barriereschichten 4 variiert. Über diese Variation der Schichtdicke und/oder der Materialzusammensetzung ist, in Abhängigkeit von der Position des Halbleiterkörpers 2 entlang der Längsrichtung L, eine Emissionswellenlänge λ der Strahlung eingestellt.Longitudinal direction L is a material composition and / or a layer thickness of the active layer or adjacent to the active layer barrier layers 4 varies. As a function of the position of the semiconductor body 2 along the longitudinal direction L, an emission wavelength λ of the radiation is set via this variation of the layer thickness and / or the material composition.
In Figur 2 ist eine schematische Seitenansicht auf die Strahlungsdurchtrittsflache 12 des Halbleiterbauteils 1 gezeigt. Der Halbleiterkörper 2 ist auf beispielsweise einem GaAs-Substrat, das einen Träger 9 bildet, aufgewachsen. Durch den Träger 9 ist ein elektrischer Kontaktbereich 7a, beispielsweise an einer n-leitenden Seite des Halbleiterkörpers 2, gebildet. An einer Oberseite 13 des Trägers 9 ist eine n-Mantelschicht 6a aufgewachsen.FIG. 2 shows a schematic side view of the radiation passage area 12 of the semiconductor component 1. The semiconductor body 2 is grown on, for example, a GaAs substrate forming a support 9. An electrical contact region 7a, for example on an n-conducting side of the semiconductor body 2, is formed by the carrier 9. On an upper side 13 of the carrier 9, an n-cladding layer 6a is grown.
An einer dem Träger 9 abgewandten Seite der Mantelschicht 6a befindet sich eine n-Wellenleiterschicht 5a. In Richtung vom Träger 9 weg ist die Wellenleiterschicht 5a von der aktiven Schicht 3, einer p-Wellenleiterschicht 5b, einer p- Mantelschicht 6b und einem elektrischen Kontaktbereich 7b gefolgt. Der Kontaktbereich 7b kann durch eine oder mehrere Metallisierungen gebildet sein. Den epitaktisch gewachsenen Halbleiterkörper 2 bilden also die Mantelschichten 6a, 6b, die Wellenleiterschichten 5a, 5b sowie die aktive Schicht 3. Optional kann der Halbleiterkörper 2 auch mindestens eine epitaktisch gewachsene, in Figur 2 nicht dargestellte Kontaktschicht umfassen, die sich zwischen der Mantelschicht 6b und der Kontaktschicht 7b befindet.On a side of the cladding layer 6a facing away from the carrier 9 there is an n-waveguide layer 5a. In the direction away from the carrier 9, the waveguide layer 5a is followed by the active layer 3, a p-type waveguide layer 5b, a p-type cladding layer 6b and an electrical contact region 7b. The contact region 7b may be formed by one or more metallizations. The epitaxially grown semiconductor body 2 thus form the cladding layers 6a, 6b, the waveguide layers 5a, 5b and the active layer 3. Optionally, the semiconductor body 2 may also have at least one epitaxially grown, not shown in FIG Include contact layer, which is located between the cladding layer 6b and the contact layer 7b.
Die beiden Wellenleiterschichten 5a, 5b stehen in direktem Kontakt zur aktiven Schicht 3. Es stellen dieThe two waveguide layers 5 a, 5 b are in direct contact with the active layer 3
Wellenleiterschichten 5a, 5b somit gleichzeitig die Barriereschichten 4 dar.Waveguide layers 5a, 5b thus simultaneously the barrier layers 4.
Die Dicken der Wellenleiterschichten 5a, 5b, der Mantelschichten 6a, 6b sowie der aktiven Schicht 3 sind über die gesamte Längsrichtung L im Rahmen der Herstellungstoleranzen konstant. Eine Dicke der Mantelschichten 6a, 6b beträgt jeweils zirka 1 μm. Die Wellenleiterschichten 5a, 5b weisen eine Dicke, in Richtung der Wachstumsrichtung G, von zirka jeweils 500 nm auf. Eine Dicke D der aktiven Schicht 3 liegt bei zirka 8 nm.The thicknesses of the waveguide layers 5a, 5b, the cladding layers 6a, 6b and the active layer 3 are constant over the entire longitudinal direction L within the manufacturing tolerances. A thickness of the cladding layers 6a, 6b is in each case approximately 1 μm. The waveguide layers 5a, 5b have a thickness, in the direction of the growth direction G, of approximately 500 nm each. A thickness D of the active layer 3 is approximately 8 nm.
Entlang der Längsrichtung L ist eine Materialzusammensetzung der aktiven Schicht 3 variiert. Basiert zum Beispiel der Halbleiterkörper auf dem AlGaAs-Materialsystem, so ist insbesondere ein Indiumgehalt der aktiven Schicht 3 um zirka 3 Prozentpunkte bis 7 Prozentpunkte variiert, so dass die Emissionswellenlänge λ der Strahlung entlang der Längsrichtung L um zirka 30 nm variiert ist. Der absolute Indiumgehalt der aktiven Schicht 3 liegt hierbei beispielsweise zwischen einschließlich 20 % und 30 %. Senkrecht zur Strahlungsdurchtrittsflache 12, also parallel zur Emissionsrichtung E, ist die Materialzusammensetzung wie auch die Dicke D der aktiven Schicht 3 im Rahmen der Herstellungstoleranzen konstant.Along the longitudinal direction L, a material composition of the active layer 3 is varied. For example, if the semiconductor body is based on the AlGaAs material system, in particular an indium content of the active layer 3 is varied by approximately 3 percentage points to 7 percentage points, so that the emission wavelength λ of the radiation along the longitudinal direction L is varied by approximately 30 nm. The absolute indium content of the active layer 3 is, for example, between 20% and 30% inclusive. Perpendicular to the radiation passage area 12, ie parallel to the emission direction E, the material composition as well as the thickness D of the active layer 3 is constant within the manufacturing tolerances.
Beim Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauteils 1 gemäß Figur 3 ist die Dicke der aktiven Schicht 3 variiert. Die Dicke in Richtung parallel zur Wachstumsrichtung G entspricht an einer Seite des Halbleiterkörpers 2 einem Wert Dl . Die Dicke wächst entlang der Längsrichtung L im Rahmen derIn the embodiment of the semiconductor device 1 according to FIG. 3, the thickness of the active layer 3 is varied. The thickness in Direction parallel to the growth direction G corresponds to a value Dl on one side of the semiconductor body 2. The thickness grows along the longitudinal direction L as part of the
Herstellungstoleranzen linear auf einen Wert D2 an. Senkrecht zur Strahlungsdurchtrittsflache 12 bleibt die Dicke jeweils, im Rahmen der Herstellungstoleranzen, konstant. Beispielsweise beträgt die Dicke Dl zirka 7,0 nm und die Dicke D2 zirka 8,5 nm. Die Wellenlänge steigt beispielsweise von zirka 800 nm auf zirka 810 nm im Dickenverlauf von Dl nach D2 an.Manufacturing tolerances linearly to a value D2. Perpendicular to the radiation passage area 12, the thickness remains constant, within the framework of the manufacturing tolerances. For example, the thickness D1 is approximately 7.0 nm and the thickness D2 is approximately 8.5 nm. The wavelength increases, for example, from approximately 800 nm to approximately 810 nm in the course of thickness from D1 to D2.
Neben der Variation der Dicke Dl, D2 der aktiven Schicht 3 ist es optional ebenso möglich, zusätzlich die Materialzusammensetzung der aktiven Schicht 3 in der Längsrichtung L zu variieren. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Materialzusammensetzung der Barriereschichten 4, hier gebildet durch die Wellenleiterschichten 5a, 5b, variiert sein.In addition to the variation of the thickness D 1, D 2 of the active layer 3, it is optionally also possible to additionally vary the material composition of the active layer 3 in the longitudinal direction L. Alternatively or additionally, a material composition of the barrier layers 4, here formed by the waveguide layers 5a, 5b, may also be varied.
Beim Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauteils 1 gemäß Figur 4 weist der Halbleiterkörper 2 zwei aktive Schichten 3a, 3b auf. Zwischen diesen aktiven Schichten 3a, 3b befindet sich eine von den Wellenleiterschichten 5a, 5b verschiedene Barriereschicht 4. Entlang der Längsrichtung L nimmt die Dicke der Barriereschicht 4 von einem Wert Bl auf einen Wert B2 ab. Beispielsweise beträgt der Wert Bl zirka 10 nm und der Wert B2 zirka 8 nm.In the exemplary embodiment of the semiconductor component 1 according to FIG. 4, the semiconductor body 2 has two active layers 3a, 3b. Between these active layers 3a, 3b there is a barrier layer 4 different from the waveguide layers 5a, 5b. Along the longitudinal direction L, the thickness of the barrier layer 4 decreases from a value B1 to a value B2. For example, the value Bl is about 10 nm and the value B2 is about 8 nm.
Über die Barriereschicht 4 hinweg erfolgt eine Kopplung der beiden aktiven Schichten 3a, 3b aneinander. Diese Kopplung hat einen Einfluss beispielsweise auf eineVia the barrier layer 4, the two active layers 3a, 3b are coupled to one another. This coupling has an influence, for example, on one
Energieniveaustruktur von Quantentrögen der aktiven Schichten 3a, 3b. Beispielsweise ist die Emissionswellenlänge der in den aktiven Schichten 3a, 3b erzeugten Strahlung mit abnehmender Dicke der Barriereschicht 4 zunehmend in den langwelligeren Spektralbereich verschoben.Energy level structure of quantum wells of the active layers 3a, 3b. For example, the emission wavelength is in The radiation generated with the active layers 3a, 3b is increasingly shifted with decreasing thickness of the barrier layer 4 into the longer wavelength spectral range.
Insbesondere die in den Figuren 2 bis 4 erläutertenIn particular, those explained in Figures 2 to 4
Möglichkeiten zur Einstellung der Emissionswellenlänge λ der Strahlung können auch in einem einzigen Bauteil miteinander kombiniert sein. So können beispielsweise dieOptions for setting the emission wavelength λ of the radiation can also be combined with one another in a single component. For example, the
Materialzusammensetzung der mindestens einen aktiven Schicht 3 und die Dicke der Barrierenschicht 4 kombiniert variiert und eingestellt sein.Material composition of the at least one active layer 3 and the thickness of the barrier layer 4 combined and adjusted.
In Figur 5 sind Verläufe der Emissionswellenlänge λ, aufgetragen gegenüber einer Position entlang der Längsrichtung L, illustriert. Gemäß Figur 5A ist eineIn FIG. 5, curves of the emission wavelength λ plotted against a position along the longitudinal direction L are illustrated. According to Figure 5A is a
Wellenlänge konstant und somit entlang der Längsrichtung L nicht variiert. Ein entsprechendes Halbleiterbauelement emittiert Strahlung nur in einem vergleichsweise schmalen Spektralbereich.Wavelength constant and thus not varied along the longitudinal direction L. A corresponding semiconductor component emits radiation only in a comparatively narrow spectral range.
In den Figuren 5B bis 5E sind Verläufe derIn the figures 5B to 5E are courses of the
Emissionswellenlänge λ für Halbleiterbauteile 1 etwa gemäß den Figuren 1 bis 4 gezeigt. Gemäß Figur 5B nimmt die Emissionswellenlänge λ entlang der Längsrichtung L linear ab.Emission wavelength λ for semiconductor devices 1 shown approximately according to Figures 1 to 4. According to FIG. 5B, the emission wavelength λ decreases linearly along the longitudinal direction L.
In Figur 5C ist ein Sinus-artiger Verlauf der Emissionswellenlänge λ entlang der Längsrichtung L dargestellt. Gemäß Figur 5D steigt die Emissionswellenlänge λ mit zunehmender Position bezüglich der Längsrichtung L erst linear an und nimmt anschließend wieder linear ab. Beim Verlauf der Emissionswellenlänge λ gemäß Figur 5E liegt ein stufenfunktionsartiger Verlauf vor. Das heißt, innerhalb bestimmter Bereiche ist die Emissionswellenlänge λ näherungsweise konstant und ändert sich zwischen einzelnen Plateaus sprungartig.A sinusoidal profile of the emission wavelength λ along the longitudinal direction L is shown in FIG. 5C. According to FIG. 5D, the emission wavelength λ first increases linearly with increasing position with respect to the longitudinal direction L and subsequently decreases linearly again. In the course of the emission wavelength λ according to FIG. 5E, there is a step-function-like course. That is, within certain ranges, the emission wavelength λ is approximately constant and changes abruptly between individual plateaus.
Neben den in den Figuren 5B bis 5E gezeigten Verläufen sind auch andere Verläufe möglich. Beispielsweise kann die Emissionswellenlänge λ sich längs der Längsrichtung L sägezahnartig ändern oder eine Kombination der gezeigten Verläufe sein.In addition to the courses shown in FIGS. 5B to 5E, other courses are also possible. For example, the emission wavelength λ may change in a sawtooth manner along the longitudinal direction L or may be a combination of the courses shown.
In Figur 6 ist eine Intensität I der vom Halbleiterbauteil 1 emittierten Strahlung gegenüber der Emissionswellenlänge λ aufgetragen. Gemäß Figur 6A weist die Strahlung eine vergleichsweise geringe spektrale Breite w auf. Das dargestellte Spektrum entspricht etwa dem eines Halbleiterelements gemäß Figur 5A, bei dem die Wellenlänge entlang der Längsrichtung nicht eingestellt oder variiert ist.In FIG. 6, an intensity I of the radiation emitted by the semiconductor component 1 is plotted against the emission wavelength λ. According to FIG. 6A, the radiation has a comparatively small spectral width w. The spectrum shown corresponds approximately to that of a semiconductor element according to FIG. 5A, in which the wavelength along the longitudinal direction is not set or varied.
Die Intensitätsverteilung gemäß Figur 6B stammt zum Beispiel von einem hier beschriebenen Halbleiterbauteil 1 gemäß Figur 5B, bei dem die Emissionswellenlänge λ linear entlang der Längsrichtung L variiert ist. Die Intensitätsverteilung weist eine vergleichsweise große spektrale Breite w auf. Das Spektrum zeigt ein breites Maximum, in dem die Intensität I über einen verhältnismäßig großen spektralen Bereich näherungsweise konstant ist. Die spektrale Breite w gemäß Figur 6b ist beispielsweise mindestens dreimal so groß wie die spektrale Breite w gemäß Figur 6A eines Halbleiterelements, bei dem die Emissionswellenlänge λ nicht eingestellt und variiert ist.The intensity distribution according to FIG. 6B originates, for example, from a semiconductor component 1 according to FIG. 5B described here, in which the emission wavelength λ is varied linearly along the longitudinal direction L. The intensity distribution has a comparatively large spectral width w. The spectrum shows a broad maximum in which the intensity I is approximately constant over a relatively large spectral range. The spectral width w according to FIG. 6b is, for example, at least three times as large as the spectral width w according to FIG. 6A Semiconductor element in which the emission wavelength λ is not adjusted and varied.
Gemäß Figur 6C weist die Intensität I bezüglich der Emissionswellenlänge λ zwei durch ein ausgeprägtes Minimum voneinander getrennte Maxima auf. Ein solches Spektrum kann von einem Halbleiterbauteil 1 beispielsweise gemäß Figur 6E resultieren, bei dem die Emissionswellenlänge λ entlang der Längsrichtung L einen stufenfunktionsartigen Verlauf aufzeigt. Anders als in Figur 6C gezeigt, kann das Spektrum auch deutlich mehr als zwei Maxima aufweisen. Auch gemäß Figur 6C ist die spektrale Breite w deutlich größer als etwa gemäß Figur 6A.According to FIG. 6C, the intensity I with respect to the emission wavelength λ has two maxima separated from one another by a pronounced minimum. Such a spectrum may result from a semiconductor device 1, for example according to FIG. 6E, in which the emission wavelength λ along the longitudinal direction L shows a step-function-like course. Unlike shown in Figure 6C, the spectrum may also have significantly more than two maxima. Also in accordance with FIG. 6C, the spectral width w is significantly greater than approximately according to FIG. 6A.
Beim Halbleiterbauteil 1 gemäß Figur 7 ist an einer dem Träger 9 abgewandten Seite des Halbleiterkörpers 2 eine Vielzahl von elektrischen Kontaktbereichen 7b aufgebracht. Beispielsweise sind die Kontaktbereiche 7b streifenartig gestaltet, wobei sich die Kontaktbereiche 7b hauptsächlich in eine Richtung senkrecht zur Strahlungsdurchtrittsflache 12, parallel zur Emissionsrichtung E, erstrecken. Der Halbleiterkörper 2 weist hierbei bevorzugt eine geringe elektrische Querleitfähigkeit in einer Richtung parallel zur Längsrichtung L auf, so dass eine Bestromung der aktiven Schicht 3 näherungsweise nur parallel zur Wachstumsrichtung G, ausgehend von den Kontaktbereichen 7b, erfolgt.In the semiconductor device 1 according to FIG. 7, a multiplicity of electrical contact regions 7b are applied to a side of the semiconductor body 2 facing away from the carrier 9. By way of example, the contact regions 7b are designed in a strip-like manner, with the contact regions 7b extending mainly in a direction perpendicular to the radiation passage area 12, parallel to the emission direction E. In this case, the semiconductor body 2 preferably has a low electrical transverse conductivity in a direction parallel to the longitudinal direction L, so that energization of the active layer 3 takes place approximately only parallel to the growth direction G, starting from the contact regions 7b.
Die elektrischen Kontaktbereiche 7b bedecken beispielsweise einen Flächenanteil der dem Träger 9 abgewandten Seite des Halbleiterkörpers 2 zwischen einschließlich 10 % und 95 %, insbesondere zwischen einschließlich 50 % und 80 %. Eine Breite der Kontaktbereiche 7b entlang der Längsrichtung liegt bevorzugt zwischen einschließlich 10 μm und 300 μm, insbesondere zwischen einschließlich 50 μm und 200 μm.The electrical contact regions 7b cover, for example, a surface portion of the side facing away from the carrier 9 of the semiconductor body 2 between 10% and 95%, in particular between 50% and 80% inclusive. A width of the contact regions 7b is along the longitudinal direction preferably between 10 μm and 300 μm inclusive, in particular between 50 μm and 200 μm inclusive.
Alternativ oder zusätzlich ist es ebenso möglich, dass die elektrischen Kontaktbereiche 7a am Träger 9 ebenfalls beispielsweise streifenartig strukturiert sind, analog zu den Kontaktbereichen 7b.Alternatively or additionally, it is also possible for the electrical contact regions 7a on the carrier 9 to likewise be patterned like a strip, analogously to the contact regions 7b.
Es ist insbesondere möglich, dass das Halbleiterbauteil 1 zwischen einschließlich 5 und 100 solcher Kontaktbereiche 7b aufweist. Beispielsweise ist jedem der Kontaktbereiche 7b eine in der aktiven Schicht 3 erzeugte Wellenlänge λi bis λn zuordenbar. Ebenso können die Kontaktbereiche 7b einzeln elektrisch ansteuerbar sein. Hierdurch ist ein gezieltes Einstellen der Intensität I der Strahlung in Abhängigkeit von der Emissionswellenlänge λ realisierbar.In particular, it is possible for the semiconductor device 1 to have between 5 and 100 such contact regions 7b. For example, each of the contact regions 7b is a wavelength generated in the active layer 3 .lambda..sub.i to λ n can be assigned. Likewise, the contact regions 7b can be electrically controlled individually. In this way, a targeted adjustment of the intensity I of the radiation as a function of the emission wavelength λ can be realized.
An einer dem Träger 9 abgewandten Seite der Kontaktbereiche 7b und/oder des Trägers 9 kann optional zumindest eine Wärmesenke 11 angebracht sein. Über die wenigstens eine Wärmesenke 11 kann im Betrieb des Halbleiterbauteils 1 entstehende Wärme effizient insbesondere aus dem Halbleiterkörper 2 abgeführt werden. Bei dem Träger 9 und/oder der Wärmesenke 11 kann es sich um ein Metall, um Saphir, um GaN, um SiC, um GaSb oder um InP handeln. Ebenso ist es möglich, dass der Träger 9 und die Wärmesenke 11 Verbundkörper darstellen.At least one heat sink 11 may optionally be attached to a side of the contact regions 7b and / or the support 9 facing away from the support 9. By means of the at least one heat sink 11, heat arising during operation of the semiconductor component 1 can be dissipated efficiently in particular from the semiconductor body 2. The support 9 and / or the heat sink 11 may be a metal, sapphire, GaN, SiC, GaSb or InP. It is also possible that the carrier 9 and the heat sink 11 constitute composite bodies.
In Figur 8 ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Pumpen eines Lasermediums 8 illustriert. Zwei optoelektronische Halbleiterbauteile 1, etwa gemäß den Figuren 1 bis 7, dienen zum optischen Pumpen des Lasermediums 8. Die Strahlung R, die die Strahlungsdurchtrittsflachen 12 im Bereich der aktiven Schicht 3 verlässt, ist direkt zum Lasermedium 8 geführt. Die Emissionswellenlänge λ ist entlang der aktiven Schichten 3 parallel zur Längsrichtung L variiert. Im Lasermedium 8 erfolgt eine über das Volumen des Lasermediums 8 verhältnismäßig gleichmäßige Absorption der Pumpstrahlung R.FIG. 8 illustrates an exemplary embodiment of a device for pumping a laser medium 8. Two optoelectronic semiconductor components 1, for example according to FIGS. 1 to 7, serve for optical pumping of the laser medium 8. The radiation R, which forms the radiation passage areas 12 leaves in the region of the active layer 3, is led directly to the laser medium 8. The emission wavelength λ is varied along the active layers 3 parallel to the longitudinal direction L. In the laser medium 8 takes place over the volume of the laser medium 8 relatively uniform absorption of the pump radiation R.
Optional können zwischen den optoelektronischen Halbleiterbauteilen 1 und dem Lasermedium 8 nicht gezeichnete optische Elemente wie Lichtleiter, Linsen oder Spiegel angebracht sein, um beispielsweise ein gleichmäßiges Mischen der von den Halbleiterbauteilen 1 erzeugten Strahlung R zu realisieren und um eine spektral gleichförmige Ausleuchtung des Lasermediums 8 zu gewährleisten.Optionally, non-drawn optical elements such as light guides, lenses or mirrors may be mounted between the optoelectronic semiconductor devices 1 and the laser medium 8, for example to realize a uniform mixing of the radiation R generated by the semiconductor devices 1 and to ensure a spectrally uniform illumination of the laser medium 8 ,
In Figur 9A ist eine dreidimensionale schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels gezeigt, gemäß dem das Halbleiterbauteil 1 als oberflächenemittierender Laser, kurz VCSEL, gestaltet ist. Die Emissionsrichtung E ist hierbei parallel zur Wachstumsrichtung G orientiert. DieFIG. 9A shows a three-dimensional schematic representation of a further exemplary embodiment, according to which the semiconductor component 1 is designed as a surface-emitting laser, or VCSEL for short. The emission direction E is oriented parallel to the growth direction G. The
Strahlungsdurchtrittsflache 12 ist ebenfalls senkrecht zur Wachstumsrichtung G orientiert. Eine Querrichtung Q ist sowohl senkrecht zur Wachstumsrichtung G als auch senkrecht zur Längsrichtung L ausgerichtet.Radiation passage area 12 is also oriented perpendicular to the growth direction G. A transverse direction Q is oriented both perpendicular to the growth direction G and perpendicular to the longitudinal direction L.
Der Halbleiterkörper 2 weist drei zusammenhängende Bereiche auf, in denen eine Strahlung mit voneinander verschiedenen Emissionswellenlängen λi, λ2, λ3 emittiert wird. Die Materialzusammensetzung und/oder die Schichtdicke der mindestens einen aktiven Schicht des Halbleiterkörpers 2 ist bevorzugt ausschließlich entlang der Längsrichtung L variiert, entlang der Querrichtung Q ist die Materialzusammensetzung und/oder die Schichtdicke also bevorzugt konstant. Beispielsweise ist dieThe semiconductor body 2 has three contiguous regions in which radiation with emission wavelengths λi, λ 2 , λ3 different from one another is emitted. The material composition and / or the layer thickness of the at least one active layer of the semiconductor body 2 is preferably only varied along the longitudinal direction L, along the transverse direction Q is the Material composition and / or the layer thickness that is preferably constant. For example, the
Materialzusammensetzung und/oder die Schichtdicke entlang der Längsrichtung L ähnlich einer Stufenfunktion, analog zu Figur 5E, variiert.Material composition and / or the layer thickness along the longitudinal direction L similar to a step function, analogous to Figure 5E, varies.
Beim Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauteils 1 gemäß der Seitenansicht in Figur 9B sind auf dem gemeinsamen Träger 9 die Halbleiterkörper 2a, 2b, 2c aufgewachsen. Im Betrieb wird in jedem der Halbleiterkörper 2a, 2b, 2c eine Strahlung mit einer anderen Emissionswellenlänge λi, λ2, λ3 erzeugt.In the exemplary embodiment of the semiconductor component 1 according to the side view in FIG. 9B, the semiconductor bodies 2a, 2b, 2c are grown on the common carrier 9. In operation, a radiation with a different emission wavelength λi, λ 2 , λ3 is generated in each of the semiconductor bodies 2a, 2b, 2c.
Gemäß der Seitenansicht in Figur 10 umfasst das als kantenemittierender Laser gestaltete Halbleiterbauteil 1 drei aktive Schichten 3a, 3b, 3c, die entlang der Wachstumsrichtung G aufeinander folgen. DieAccording to the side view in FIG. 10, the semiconductor device 1 designed as an edge-emitting laser comprises three active layers 3 a, 3 b, 3 c that follow one another along the direction of growth G. The
Strahlungsdurchtrittsflache 12 ist parallel zur Zeichenebene ausgerichtet. Zwischen benachbarten aktiven Schichten 3a, 3b, 3c befinden sich jeweils die Mantelschichten 6, die Wellenleiterschichten 5 und eine Tunneldiode 14. In jeder der aktiven Schichten 3a, 3b, 3c ist die Schichtdicke und/oder die Materialzusammensetzung entlang der Längsrichtung L variiert. Die Variation erfolgt beispielsweise ähnlich einer Stufenfunktion, analog zu Figur 5E .Radiation passage area 12 is aligned parallel to the plane of the drawing. Between adjacent active layers 3a, 3b, 3c are respectively the cladding layers 6, the waveguide layers 5 and a tunnel diode 14. In each of the active layers 3a, 3b, 3c, the layer thickness and / or the material composition is varied along the longitudinal direction L. The variation takes place, for example, similar to a step function, analogous to FIG. 5E.
Für die Emissionswellenlängen λi,a, λ2,a, ^3,a der dem Träger 9 nächsten aktiven Schicht 3a gilt zum Beispiel: λi,a < λ2,a < λ3,a. Bevorzugt sind die entlang der Wachstumsrichtung G erzeugten Emissionswellenlängen λi,a, λi,b, λi,c der aktiven Schichten 3a, 3b, 3c ebenfalls voneinander verschieden. A <λ 2, a <λ 3, a .lambda..sub.i: for the emission wavelengths .lambda..sub.i, a, λ 2, a, ^ 3, a of the carrier 9 next active layer 3 applies to the example. The emission wavelengths generated along the growth direction G .lambda..sub.i, a, .lambda..sub.i, b, .lambda..sub.i, c of the active layers 3a, 3b, 3c are also different from each other are preferred.
Beispielsweise gilt, dass λi,a > λi,b > λi,c. Entsprechendes kann auch für die Emissionswellenlängen λ2,a, λ2,b, λ2,c,λ3,a, λ3,b/ λ3,c gelten.For example, λi, a > λi, b > λi, c . The same can also apply to the emission wavelengths λ 2 , a , λ 2 , b , λ 2 , c , λ 3 , a , λ 3 , b / λ 3 , c .
Mit anderen Worten ist es möglich, dass die Strahlungsdurchtrittsflache in Draufsicht matrixartig angeordnete Teilbereiche aufweist. In jedem der Teilbereiche kann eine andere Emissionswellenlänge emittiert werden. Die Emissionswellenlänge ist also beispielsweise sowohl entlang der Längsrichtung L als auch, über die stapelartige Anordnung der aktiven Schichten 3a, 3b, 3c, entlang der Wachstumsrichtung G variiert.In other words, it is possible for the radiation passage area to have, in plan view, subareas arranged in matrix form. In each of the sections, a different emission wavelength can be emitted. The emission wavelength is thus varied, for example, both along the longitudinal direction L and, via the stack-like arrangement of the active layers 3a, 3b, 3c, along the growth direction G.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.The invention described here is not limited by the description based on the embodiments. Rather, the invention encompasses any novel feature as well as any combination of features, including in particular any combination of features in the claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the patent claims or exemplary embodiments.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2009 013 909.5, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. This patent application claims the priority of German Patent Application 10 2009 013 909.5, the disclosure of which is hereby incorporated by reference.

Claims

Patentansprüche claims
1. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) mit1. Optoelectronic semiconductor device (1) with
- einem epitaktisch gewachsenen Halbleiterkörper (2) mit mindestens einer aktiven Schicht (3),an epitaxially grown semiconductor body (2) having at least one active layer (3),
- mindestens einer Barriereschicht (4), die direkt an die aktive Schicht (3) grenzt, wobei entlang einer Variationsrichtung (L) , senkrecht zu einer Wachstumsrichtung (G) des Halbleiterkörpers (2), eine Materialzusammensetzung und/oder eine Schichtdicke (B, D) der aktiven Schicht (3) und/oder der Barriereschicht (4) variiert ist, und bei dem entlang der Variationsrichtung (L) durch die Variation der Materialzusammensetzung und/oder der Schichtdicke (B, D) der aktiven Schicht (3) und/oder der Barriereschicht (4) eine Emissionswellenlänge (λ) einer in der aktiven Schicht (3) erzeugten Strahlung eingestellt ist.at least one barrier layer (4) directly adjoining the active layer (3), along a variation direction (L), perpendicular to a growth direction (G) of the semiconductor body (2), a material composition and / or a layer thickness (B, D) of the active layer (3) and / or the barrier layer (4) is varied, and along the variation direction (L) by the variation of the material composition and / or the layer thickness (B, D) of the active layer (3) and / or the barrier layer (4) an emission wavelength (λ) of a radiation generated in the active layer (3) is set.
2. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 1, das ein kantenemittierender Halbleiterlaser oder ein oberflächenemittierender Halbleiterlaser ist.2. An optoelectronic semiconductor device (1) according to claim 1, which is an edge-emitting semiconductor laser or a surface-emitting semiconductor laser.
3. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Materialzusammensetzung und/oder die3. An optoelectronic semiconductor device (1) according to any one of the preceding claims, wherein the material composition and / or the
Schichtdicke (B, D) der aktiven Schicht (3) und/oder der Barriereschicht (4) nur in einer Längsrichtung (L), senkrecht zu einer Emissionsrichtung (E) und senkrecht zur Wachstumsrichtung (G) , variiert ist, wobei die Emissionsrichtung (E) quer zu der Wachstumsrichtung (G) ausgerichtet ist. Layer thickness (B, D) of the active layer (3) and / or the barrier layer (4) only in a longitudinal direction (L), perpendicular to an emission direction (E) and perpendicular to the growth direction (G) is varied, the emission direction ( E) is oriented transversely to the growth direction (G).
4. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sich die Emissionswellenlänge (λ) entlang der Variationsrichtung oder entlang der Längsrichtung (L) an einer Strahlungsdurchtrittsflache (12) um mindestens 5 nm ändert.4. The optoelectronic semiconductor device (1) according to any one of the preceding claims, wherein the emission wavelength (λ) along the variation direction or along the longitudinal direction (L) at a radiation passage area (12) changes by at least 5 nm.
5. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sich die Emissionswellenlänge (λ) entlang der Variationsrichtung oder entlang der Längsrichtung (L) monoton ändert.5. An optoelectronic semiconductor device (1) according to one of the preceding claims, wherein the emission wavelength (λ) varies monotonically along the direction of variation or along the longitudinal direction (L).
6. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sich die Emissionswellenlänge (λ) entlang der Variationsrichtung oder entlang der Längsrichtung (L) periodisch und/oder in Form einer Stufenfunktion ändert.6. The optoelectronic semiconductor component (1) according to one of the preceding claims, wherein the emission wavelength (λ) changes along the direction of variation or along the longitudinal direction (L) periodically and / or in the form of a step function.
7. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Halbleiterkörper (2) als einstückiger Laserbarren gestaltet ist.7. Optoelectronic semiconductor component (1) according to one of the preceding claims, wherein the semiconductor body (2) is designed as a one-piece laser bar.
8. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die mindestens eine aktive Schicht (3) entlang der Variationsrichtung oder entlang der Längsrichtung (L) zusammenhängend ist.8. The optoelectronic semiconductor device (1) according to any one of the preceding claims, wherein the at least one active layer (3) along the direction of variation or along the longitudinal direction (L) is contiguous.
9. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das entlang der Variationsrichtung oder entlang der Längsrichtung (L) eine Mehrzahl von elektrischen Kontaktbereichen (7) aufweist, die zu einer elektrischen Kontaktierung des Halbleiterkörpers (2) eingerichtet sind, und bei dem den Kontaktbereichen (7) jeweils eine bestimmte Emissionswellenlänge (λ) zugeordnet ist.9. Optoelectronic semiconductor component (1) according to one of the preceding claims, along the variation direction or along the longitudinal direction (L) has a plurality of electrical contact regions (7), which are adapted for electrical contacting of the semiconductor body (2), and in which the contact regions (7) each assigned a certain emission wavelength (λ) is.
10. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Ausdehnung des Halbleiterkörpers (2) entlang der Variationsrichtung oder entlang der10. The optoelectronic semiconductor component (1) according to one of the preceding claims, wherein an expansion of the semiconductor body (2) along the direction of variation or along the
Längsrichtung (L) zwischen einschließlich 3 mm und 30 mm und entlang der Emissionsrichtung (E) zwischen einschließlich 1 mm und 10 mm liegt.Lenght (L) between 3 mm and 30 mm and along the emission direction (E) between 1 mm and 10 mm.
11. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das dazu eingerichtet ist, eine mittlere Strahlungsleistung von mindestens 30 W zu erzeugen.11. The optoelectronic semiconductor device (1) according to any one of the preceding claims, which is adapted to produce an average radiation power of at least 30 W.
12. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schichtdicke (B, D) der aktiven Schicht (3) und/oder der Barriereschicht (4) entlang der Variationsrichtung oder entlang der Längsrichtung (L) zwischen einschließlich 0,3 nm und 3,0 nm variiert ist.12. The optoelectronic semiconductor component (1) according to one of the preceding claims, wherein the layer thickness (B, D) of the active layer (3) and / or the barrier layer (4) along the direction of variation or along the longitudinal direction (L) between 0, 3 nm and 3.0 nm is varied.
13. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die aktive Schicht (3) In aufweist, und bei dem ein In-Gehalt der aktiven Schicht (3) entlang der Variationsrichtung oder entlang der Längsrichtung (L) zwischen einschließlich 0,5 Prozentpunkten und 10 Prozentpunkten variiert ist.13. An optoelectronic semiconductor device (1) according to any one of the preceding claims, wherein the active layer (3) In, and in which an In content of the active layer (3) along the variation direction or along the longitudinal direction (L) between 0.5 percentage points and 10 percentage points.
14. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - bei dem der Halbleiterkörper (2) auf dem AlGaAs- Materialsystem basiert,14. The optoelectronic semiconductor component according to claim 1, wherein the semiconductor body is based on the AlGaAs material system.
- bei dem der In-Gehalt der mindestens einen aktiven Schicht (3) um mindestens 0,5 Prozentpunkte entlang der Längsrichtung (L) variiert ist, - bei dem sich die Emissionswellenlänge (λ) entlang der Längsrichtung (L) um mindestens 5 nm ändert, undin which the In content of the at least one active layer (3) is varied by at least 0.5 percentage points along the longitudinal direction (L), - in which the emission wavelength (λ) changes by at least 5 nm along the longitudinal direction (L) , and
- bei dem sich die Emissionswellenlänge (λ) entlang der Längsrichtung (L) linear ändert.- In which the emission wavelength (λ) along the longitudinal direction (L) changes linearly.
15. Vorrichtung zum Pumpen eines Lasermediums (8) mit - mindestens einem optoelektronischen Halbleiterbauteil (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, und15. An apparatus for pumping a laser medium (8) with - at least one optoelectronic semiconductor device (1) according to one of the preceding claims, and
- mindestens einem Lasermedium (8), wobei das Lasermedium (8) von dem Halbleiterbauteil (1) optisch gepumpt ist. - At least one laser medium (8), wherein the laser medium (8) of the semiconductor device (1) is optically pumped.
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