WO2013026655A1 - Strahlungsemittierendes halbleiterbauelement - Google Patents

Strahlungsemittierendes halbleiterbauelement Download PDF

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WO2013026655A1
WO2013026655A1 PCT/EP2012/064894 EP2012064894W WO2013026655A1 WO 2013026655 A1 WO2013026655 A1 WO 2013026655A1 EP 2012064894 W EP2012064894 W EP 2012064894W WO 2013026655 A1 WO2013026655 A1 WO 2013026655A1
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waveguide
semiconductor component
emitting semiconductor
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PCT/EP2012/064894
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French (fr)
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Fabian Kopp
Alfred Lell
Christoph Eichler
Clemens VIERHEILIG
Sönke TAUTZ
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Publication date
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    • G02—OPTICS
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/125—Bends, branchings or intersections
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/0004—Devices characterised by their operation
    • H01L33/0045—Devices characterised by their operation the devices being superluminescent diodes
    • H—ELECTRICITY
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    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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    • H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0262—Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices
    • H01S5/0264—Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices for monitoring the laser-output
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    • H01S2301/16—Semiconductor lasers with special structural design to influence the modes, e.g. specific multimode
    • H01S2301/166—Single transverse or lateral mode
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    • H01S5/00—Semiconductor lasers
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    • H01S5/1003—Waveguide having a modified shape along the axis, e.g. branched, curved, tapered, voids
    • H01S5/1017—Waveguide having a void for insertion of materials to change optical properties
    • H—ELECTRICITY
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    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/1082—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region with a special facet structure, e.g. structured, non planar, oblique
    • H01S5/1085—Oblique facets

Definitions

  • the present application relates to
  • Laser sources for example semiconductor lasers in
  • Web waveguide geometry (Ridge Waveguide Laser), can have a very narrow band emission spectrum. This can lead to a reduced imaging quality, for example, in projection applications due to the so-called speckle. This problem especially makes it difficult
  • An object is to provide a semiconductor device with which the image quality can be improved while high optical output powers can be achieved.
  • This object is achieved by a radiation-emitting
  • a radiation-emitting semiconductor component has a semiconductor body which has a semiconductor layer sequence with one for generating
  • Semiconductor device has a waveguide, which generated for lateral guidance of the active region
  • Radiation is provided and located between a Mirror surface and a decoupling surface extends.
  • Waveguide meets perpendicular to the mirror surface. On the decoupling surface of the waveguide meets obliquely to a
  • a lateral direction is understood to mean a direction which runs perpendicular to a normal of the semiconductor layers of the semiconductor layer sequence.
  • the waveguide thus defines a radiation profile in the main extension plane of the semiconductor layer sequence.
  • At the decoupling surface extends a main extension axis of the waveguide, or a tangent to
  • Waveguide so not parallel, but at an angle to the normal of the decoupling surface.
  • the semiconductor device is therefore for generating
  • the spectral width of the radiation emitted by the semiconductor component radiation can thereby be increased relative to laser radiation.
  • the radiation emitted by the semiconductor component preferably has a full spectral half width (FWHM) of at least 2 nm.
  • FWHM full spectral half width
  • the full spectral half-width is between
  • the mirror surface is provided with a highly reflective coating, ie a coating which reflects at least 80%, preferably at least 90%, of the radiation generated in the active region.
  • a highly reflective coating ie a coating which reflects at least 80%, preferably at least 90%, of the radiation generated in the active region.
  • the decoupling surface with a highly reflective coating
  • the decoupling surface preferably has a reflectivity of at most 1%, preferably of at most 0.5%, for example 0.1%. The lower the reflectivity of the decoupling surface, the lower the risk that radiation from the
  • Decoupling surface is reflected back into the waveguide and an unwanted oscillation of coherent laser modes takes place.
  • An angle between the waveguide and the normal of the exit surface is preferably at least 0.5 °, more preferably at least 3 °. In particular, the Angles between 3 ° inclusive and 30 ° inclusive.
  • the waveguide can be subdivided into subareas whose
  • Main extension axes oblique or perpendicular to each other.
  • the deflection surface is preferably so relative to
  • Mirror surface arranged that the radiation reflected at the deflection surface in the direction of the decoupling surface obliquely impinges on the decoupling surface.
  • the mirror surface and the decoupling surface can run parallel to each other in this embodiment variant.
  • the mirror surface and the decoupling surface can emerge, for example, by means of gaps during singulation from a wafer composite.
  • Central region of the waveguide has a higher reflectivity than in an edge region of the waveguide.
  • spatial modes of higher order compared to the fundamental mode to a higher proportion in the Edge region of the waveguide run, to be reflected to a lesser extent.
  • the deflection surface thus acts as a spatial mode filter. A single mode radiation is simplified.
  • the deflection surface is curved such that the lateral extent of the radiation guided in the waveguide in the region of the decoupling surface has a greater lateral
  • Waveguide at least a portion in which the waveguide is curved.
  • Subarea can also be formed with one or more deflection surfaces in the beam path.
  • the decoupling surface can be formed by means of a lateral surface delimiting the semiconductor body in the lateral direction, in particular a decoupling side surface.
  • the mirror surface and the outcoupling side surface are preferably two different from each other
  • the decoupling surface obliquely to the
  • the decoupling surface in this case by means of a chemical structuring step, in particular a dry chemical etching process,
  • structuring is provided on at least one side of the waveguide
  • the patterning is intended in particular to specifically absorb scattered radiation or at least at a radiation exit on the outcoupling side surface of the
  • the at least one recess extends in the vertical direction at least through the active region.
  • the depression can also extend through the entire semiconductor layer sequence.
  • the structuring can furthermore be in the form of at least one depression on both sides of the waveguide. A distance between the waveguide and the
  • a smallest distance between the waveguide and the Waveguide nearest depression of the structuring is preferably at most 30 ym, more preferably at most 20 ym, most preferably at most 10 ym.
  • the distance may be between 0.1 ym and 3 ym.
  • the extent of the depression or of the depressions is preferably between 0.1 ⁇ m and 500 ⁇ m, particularly preferably between 1 ⁇ m and 1 ⁇ m
  • Wells preferably between 0.1 ym inclusive and 50 ym inclusive, more preferably between
  • the at least one depression is at least partially filled with a material which absorbs the radiation generated in the active region.
  • the active ones Areas can thus have the same material composition.
  • Radiation receiver the emitted radiation power monitored and optionally regulated.
  • the radiation receiver can be arranged, for example, such that the waveguide runs curved away from the radiation receiver in the region of the radiation receiver. That is, when viewed in the direction of radiation left curved
  • the radiation receiver is preferably arranged to the right of the waveguide and vice versa.
  • the deflection surface for the radiation generated in the active region may be partially transparent, so that a portion of the radiation through the deflection surface
  • Radiation receiver in particular a body of the Semiconductor device on which comparatively much scattered radiation occurs.
  • the body of the Semiconductor device on which comparatively much scattered radiation occurs.
  • Radiation receiver also be arranged in the region of the decoupling surface.
  • the waveguide In the lateral direction, the waveguide as a
  • Web waveguide be formed.
  • emitted radiation power can also find a wide-strip waveguide application.
  • emitted radiation power can also find a wide-strip waveguide application.
  • Waveguide in ridge waveguide or wide-strip waveguide geometry laterally side by side, in particular with at least partially mutually parallel main axes of extension, be arranged.
  • Semiconductor lasers increased spectral width.
  • Semiconductor component is therefore particularly suitable for use as a radiation source in a projector.
  • Figure 1D is a schematic sectional view of the embodiment shown in Figure 1A along a line BB '; the figure IE another embodiment for a
  • Figures 2A and 2B show two further embodiments of a semiconductor device with reference to an enlarged view of a portion of the embodiment shown in Figure 1A;
  • Figures 3A to 3E, 4A to 4D, 5A to 5C, 6A to 6D, 7A to 7C and 8A to 8C each show a further embodiment of a semiconductor device in a schematic plan view;
  • FIG 9 shows an exemplary embodiment of a layer structure of a semiconductor component in a schematic representation.
  • FIGS. 1A to 1C each show an exemplary embodiment of a semiconductor component 1 in a schematic plan view.
  • the semiconductor device has a
  • the waveguide 5 is for guiding a radiation generated in an active region of the semiconductor body 2 in a lateral direction, that is to say in a direction along one Main extension plane of the semiconductor layer sequence of
  • the semiconductor body 2 extends with the waveguide 5 between a mirror surface 3 and a decoupling surface 4.
  • the mirror surface and the decoupling surface are on
  • the mirror surface 3 is provided with a highly reflective
  • the reflectivity of the coating is preferably at least 80%, more preferably at least 90% for those in the active area during operation
  • the highly reflective coating 30 may be implemented as a Bragg mirror. Alternatively or additionally, a metallic mirror layer may be provided. At a
  • Metallic mirror layer is preferably arranged between the semiconductor body and the metallic mirror layer, in particular directly adjacent to the semiconductor body, an electrically insulating layer to avoid an electrical short circuit.
  • the waveguide 5, in particular a main extension axis 50 of the waveguide, encloses an angle 42 with a normal 41 of the decoupling surface 40. That is, the Waveguide 5 does not meet perpendicular to the decoupling surface 4. An angle between the waveguide and the
  • Decoupling surface is preferably at least 0.5 °, more preferably at least 3 °. In particular, the angle between 0.5 ° inclusive and 30 ° inclusive, more preferably between and including 3 ° and
  • the decoupling surface 4 is connected to a
  • Antireflective coating 40 provided. The
  • Antireflection coating may be formed as a single layer or with a plurality of sub-layers. A thickness d of the anti-reflection coating or at least one of
  • Sublayers are preferably designed to generate for an active region of wavelength ⁇
  • Main extension axis of the waveguide and the normal of the decoupling surface is formed as a ⁇ / 4-layer. That is, it applies the relationship
  • n is the effective refractive index for radiation traveling in the waveguide 5.
  • a deflection surface 6 and a further deflection surface 61 is formed.
  • the deflecting surfaces are each arranged in a beam path along the waveguide 5 between the mirror surface 3 and the decoupling surface 4.
  • the waveguide 5 strikes the mirror surface 3 perpendicularly.
  • the further deflection surface 61 is arranged at an angle of 45 ° to the mirror surface 3, so that the second
  • Subarea 53 runs.
  • the deflection surface 6 is arranged at an angle other than 45 °, in the embodiment shown at an angle of less than 45 ° to the mirror surface 3, so that the radiation running along the first portion 51 at an angle different from 0 ° to the normal
  • the deflection surfaces 6, 61 can, for example, by means of
  • Decoupling 4 can be varied within wide limits.
  • the decoupling surface is formed by means of the oblique arrangement to the normal of the waveguide such that no optical feedback of the radiation takes place in the waveguide 5.
  • the semiconductor device 1 has no resonator. The generation of predominantly coherent radiation in the waveguide is thus avoided, in contrast to a laser.
  • the full spectral half width is at least 2 nm, preferably between 4 nm and 20 nm inclusive.
  • the semiconductor device is therefore particularly suitable for use as a radiation source in a projector. The risk of reduced image quality due to speckle can thus be avoided.
  • FIGS. 1D and IE Two exemplary embodiments for the electrical contacting of the semiconductor component are shown schematically in FIGS. 1D and IE.
  • FIG. 1D represents one
  • the contact 24 and the further contact 25 are on
  • the contact 24 is electrically conductively connected via a contact coating 240 to an upper side of the waveguide 5.
  • the contact 24 does not necessarily have to be a separate, formed on the contact coating 240
  • Layer may be executed, but may also be a portion of the contact coating 240.
  • an insulating layer 26 is arranged between the semiconductor body 2 and the contact coating 240.
  • the contact 24, the contact coating 240 and / or the further contact 25 preferably contain a metal or a metallic alloy. Furthermore, the said elements can also be designed in multiple layers.
  • the semiconductor body 2 is arranged on a carrier 29.
  • the carrier may be replaced by a growth substrate for
  • Semiconductor layer sequence of the semiconductor body 2 may be formed.
  • the carrier may also be of the
  • the carrier is suitably electrically conductive.
  • the semiconductor body may also be formed free of a carrier.
  • the further contact 25 may adjoin the semiconductor body 2 directly in this case.
  • the contacts 24, 25 are arranged on the same side of the semiconductor body 2 in the exemplary embodiment shown in FIG. The contact 24 contacts the semiconductor body on top of the
  • the further contact 25 adjoins the semiconductor body 2 at the side of the waveguide.
  • the electrical contacting can thus take place independently of the carrier 29, so that it can also have a comparatively low electrical conductivity or can be designed to be electrically insulating.
  • Embodiment deviating also be provided only one deflection or more than two deflection surfaces.
  • Side surfaces of the semiconductor device 1 may be formed, wherein in the beam path between these surfaces only one
  • the waveguide 5 is formed as a ridge waveguide.
  • the direction is preferably smaller than the so-called "cut-off" width, so that the waveguide causes substantially single-mode radiation propagation in the lateral direction.
  • the waveguide 5 is formed in the embodiment shown in Figure 1B as a wide-strip waveguide. The output power of the
  • Radiation-emitting semiconductor device can be increased so.
  • a plurality of waveguides can also be arranged in the lateral direction.
  • IC is an example
  • Embodiment formed with a waveguide 5 and another waveguide 55. Analogous to that
  • Waveguides 5 are in the beam path of the other
  • Deflection 61 formed so that the waveguide 55 is divided into a first portion 551, a second portion 552 and a third portion 553.
  • the first, second and third portions of the waveguides 5, 55 are each parallel to each other.
  • a radiation emerging from the further waveguide 55 runs parallel to the radiation emerging from the waveguide 5 (illustrated by an arrow 911).
  • the distance between the waveguides 5, 55 is preferably formed at least so large that the heat loss can still be efficiently removed from the semiconductor device 1. Furthermore, with a comparatively small distance between the waveguides 5, 55, a coupling of the modes guided in the waveguides may occur.
  • FIGS. 2A and 2B show two exemplary embodiments of a design of a deflection surface with reference to FIGS. 2A and 2B
  • the description is merely exemplary of the embodiment of the further deflection surface 61 of the embodiment shown in Figure 1A and can also be used for the design of the deflection surface 6 or the further deflection 61 in the embodiments described above and below.
  • the further deflection surface 61 is formed as an etched surface of the semiconductor body 2.
  • the further deflection surface 61 is designed such that it has a higher reflectivity in a central region 611 than in an edge region 612. Spatial modes of higher order thus experience greater losses in the reflection at the further deflection surface 61 than the fundamental mode of the waveguide 5.
  • the deflection surface thus acts as a spatial
  • Mode filter so a monomode or at least
  • the higher reflection in the central region is achieved in that only the central region 611 of the further deflection surface 61 is provided with a mirror layer 7.
  • the mirror layer 7 may be in the form of a metal layer or a dielectric layer
  • Be formed multi-layer structure Be formed multi-layer structure. Also a combination a dielectric multilayer structure with a metal layer may find application.
  • the edge regions 612 are provided with a
  • the absorbing region is intended to specifically absorb the radiation generated in the active region and running in the edge region of the waveguide 5.
  • the absorbing region is intended to specifically absorb the radiation generated in the active region and running in the edge region of the waveguide 5.
  • absorbing region 71 is arranged.
  • the described embodiment thus causes a spatial mode filter.
  • a waveguide whose width is greater than the cut-off width for a
  • Mirror layer also be dispensed with. This is particularly the case when the radiation is at an angle to the
  • Deflecting surface which is larger than the angle for total reflection.
  • FIG. 3A Another exemplary embodiment illustrated in FIG. 3A essentially corresponds to the exemplary embodiment described in conjunction with FIG. 1A.
  • the semiconductor component 1 additionally has a
  • the radiation receiver 8 is integrated in the semiconductor device 1 and is for it
  • Radiation receiver which is designed separately from the semiconductor device and must be adjusted relative to this, so it can be dispensed with. Preferably go to
  • the radiation receiver 8 is in the region of the deflection surface 6
  • Radiation which extends in the second subregion 52 of the waveguide and which does not impinge on the deflection surface 6 can be detected by the radiation receiver and thus provide information about the emitted radiation power.
  • a radiation receiver 8 can
  • FIG. 3B describes an exemplary embodiment of a semiconductor component which is designed essentially as described in FIG. 1B and has a radiation receiver 8.
  • FIG. 3A describes an exemplary embodiment of a semiconductor component which is designed essentially as described in FIG. 1B and has a radiation receiver 8.
  • FIG. 3A describes an exemplary embodiment of a semiconductor component which is designed essentially as described in FIG. 1B and has a radiation receiver 8.
  • Embodiment is the radiation receiver in the area arranged the decoupling surface 4 and can detect in particular reflected radiation at the decoupling surface.
  • FIG. 3C A further exemplary embodiment of a semiconductor component is shown in FIG. 3C. This further
  • Deflection 6 designed as a curved deflection.
  • the radiation propagating in the waveguide 5 in the direction of the exit surface 4 can be widened in the first subregion 51 of the waveguide. The radiation thus occurs on a larger
  • the curved deflection surface 6 may be formed so that in comparison to a flat deflection surface, a larger proportion of radiation impinges on the radiation receiver 8.
  • the further exemplary embodiment for a semiconductor component shown in FIG. 3D essentially corresponds to the exemplary embodiment illustrated in FIG. 3B.
  • the radiation receiver 8 is arranged in an edge region of the waveguide 5, so that a part of the radiation propagating along the waveguide directly onto the
  • the further exemplary embodiment shown in FIG. 3E substantially corresponds to the exemplary embodiment described in connection with FIG. 3A.
  • the deflection surface 6 is designed to be partially permeable. This can be achieved, for example, in that a normal of the deflection surface 6 encloses an angle with the portion of the waveguide impinging on the deflection surface, which angle is smaller than the angle for
  • FIG. 4A shows a further exemplary embodiment of a radiation-emitting semiconductor component 1 in FIG
  • Waveguide 5 partially curved in such a way that the waveguide 5 perpendicular to the mirror surface 3 and obliquely to a normal of the decoupling surface 4 on the
  • Outcoupling surface 4 impinges. Deflection surfaces in the beam path of the waveguide are therefore not required, but can also be provided, for example for enlarging the optical path within the semiconductor component.
  • Waveguides is promoted.
  • the radiation power can thus be simplified while maintaining a monomode radiation.
  • the semiconductor device 1 has a
  • the radiation receiver 8 is arranged such that radiation reflected at the outcoupling surface 4, represented by an arrow 93, on the
  • the semiconductor device 1 has a
  • the structuring 85 may be formed by one or more depressions in the semiconductor body.
  • the structuring is intended from the
  • Structuring 85 is preferably at most 20 ⁇ m, preferably at most 10 ⁇ m. More preferably, the distance is between 0 ym and 3 ym inclusive. The structuring can thus be directly adjacent to the waveguide.
  • the at least one recess of the structuring 85 preferably extends at least through the active region.
  • the structuring can penetrate the entire semiconductor layer sequence of the semiconductor body 2.
  • the dimension of the structuring is preferably between 0.1 ym inclusive and 500 ym inclusive, preferably between 1 ym and 100 ym, more preferably between 3 ym and 50 ym.
  • the expansion is preferably between 0.1 and 50 ym, preferably between 1 ym and 20 ym inclusive, more preferably between 1 ym and 10 ym inclusive.
  • At least one of the depressions of the structuring 85 is designed such that its
  • Main extension direction to the waveguide forms an angle different from 0 °.
  • the suppression of stray light can be achieved so improved.
  • the recess of the structuring 85 has a rough side surface, so that a directed
  • the described structuring 85 can also be used in a
  • Waveguide is not curved, for example, in connection with Figures 1A to 3E and 7A to 8C
  • FIG. 4B essentially corresponds to the exemplary embodiment described in connection with FIG. 4A.
  • the structuring 85 is arranged on both sides of the waveguide 5.
  • Figure 4C the
  • Structuring also on both sides of the waveguide each have more than one depression.
  • the depressions of the structuring preferably each have one
  • Main extension direction which extends obliquely or perpendicular to the waveguide 5 in the region of the respective recess.
  • FIG. 4D essentially corresponds to the exemplary embodiment described in connection with FIG. 4A.
  • the radiation receiver 8 is arranged so that the
  • Radiation receiver is curved away. Thus it can be achieved that a part of the radiation which runs in the direction of the decoupling surface and does not follow the waveguide 5 (represented by an arrow 94) on the
  • Embodiments correspond substantially to the embodiment described in connection with FIG. 4B.
  • the structuring 85 is in each case formed by a plurality of depressions, wherein the depressions in the exemplary embodiment shown in FIG. 5A, on the one hand, extend along the outcoupling surface 4 and, on the other hand, along the
  • Waveguide 5 run.
  • Waveguide additionally formed wells of
  • Structuring 85 can also be dispensed with, as shown in FIG. 5B.
  • the patterning 85 serves to efficiently scatter and / or absorb higher order spatial modes such that the patterning in combination with a curved waveguide acts as a spatial mode filter. Higher output power can be achieved while maintaining the monomode radiation characteristic.
  • the structuring 85 can, for example, by means of
  • Laser method such as by means of a laser cut method, or achieved by a stealth dicing method.
  • the scattered light deflected on the structuring 85 can be detected by means of the integrated radiation receiver 8 for the
  • Monitoring the radiated radiant power can be used.
  • FIG. 5C essentially corresponds to that in connection with FIG. 4B
  • the structuring has a depression which, as
  • the shape of the individual depressions and the density of the depressions of the structuring 85 can be varied within wide limits.
  • the recesses of the structuring 85 may also be different from each other at least partially with respect to the basic shape or the cross section.
  • Embodiments is the waveguide 5 as in
  • a radiation receiver 8 can be integrated in the semiconductor component, which can be embodied in particular as described in connection with FIG. 3A.
  • the waveguide can also be designed as a curved wide-band waveguide (FIG. 6C).
  • FIG. 6C curved wide-band waveguide
  • Figure 6D also several wide-strip waveguide in one
  • FIG. 7A A further exemplary embodiment of a semiconductor component 1 is shown schematically in plan view in FIG. 7A. In contrast to that shown in Figure 1A
  • Exemplary embodiment is the outcoupling surface 4 delimiting the waveguide 5 from one of the semiconductor bodies 2
  • Decoupling surface 4 is arranged obliquely to auskoppel disorderen side surface 45 and obliquely to the mirror surface 3.
  • the Decoupling surface can, as described in connection with the deflection surfaces 6, 61, for example, be formed by means of an etching process. As described in connection with Figure 1A is the
  • the waveguide 5 shown in this embodiment thus represents a rectilinear waveguide, which is formed free of deflection in its beam path. Deviating from the waveguide but as described in connection with Figure 1A at least one deflection and / or as described in connection with Figure 4A have a curved portion.
  • a radiation receiver 8 can be formed, which can in particular be designed as described in connection with FIG. 3A.
  • Structuring 85 may be provided, which may be carried out as described in connection with Figure 4B.
  • FIGS. 8A and 8B The further illustrated in FIGS. 8A and 8B
  • Embodiments correspond to the embodiments described in connection with FIGS. 7A and 7B, wherein, in contrast thereto, in each case in addition to the waveguide 5 for increasing the exiting radiation power further waveguide 55 is formed, which runs parallel to the waveguide 5.
  • the waveguide 5 may also be designed as a wide-band waveguide to increase the radiation power.
  • the semiconductor layer sequence that forms the semiconductor body 2 is based on a nitridic
  • Compound semiconductor material “Based on nitride compound semiconductors” in the present context means that the active epitaxial layer sequence or at least one layer thereof comprises a nitride III / V compound semiconductor material, preferably Al n Ga m i nn m - n , where 0 ⁇ n ⁇ 1, 0 ⁇ m ⁇ 1 and n + m ⁇ 1.
  • this material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to the above formula, but instead it may contain one or more dopants and additional dopants
  • the above formula contains only the essential constituents of the crystal lattice (Al, Ga, I n, N), even if these may be partially replaced by small amounts of other substances.
  • the semiconductor layer sequence is on a carrier 29
  • the carrier 29 is preferably the substrate on which the semiconductor layer sequence is deposited.
  • a substrate which contains at least one gallium nitride layer is suitable as a growth substrate. Deviating from this, the epitaxial deposition of the
  • the carrier 29 may also be different from a growth substrate and after the epitaxial deposition on the
  • the carrier 29 has a first portion 291 and one of
  • the second subregion is n-doped in this exemplary embodiment, for example with silicon.
  • the lateral extent of the illustrated elements represents the band gap of the semiconductor material. The larger the lateral one
  • the semiconductor layer sequence 2 has an active region 20 provided for generating radiation, which is arranged between an n-type region 21, for example doped with silicon, and a p-type region 22, for example doped with magnesium.
  • the n-type region 21 has a waveguide layer 211 adjoining the active region 20 and a
  • the p-type region 22 has a
  • an electron barrier 224 is formed between the waveguide layer 221 and the active region 20, an electron barrier 224 is formed.
  • the band gap the electron barrier is larger than the band gap of the active region, so that electrons injected into the active region via the n-conducting region are separated from the
  • the p-type region comprises a contact layer 223, which is provided for the simplified formation of an ohmic contact with the contact 24 (not explicitly illustrated in FIG. 9).
  • the cladding layers 212, 222 each have a greater Al content than the waveguide layers 211, 221, such that the cladding layers have a smaller refractive index than the waveguide layers and thus effect a vertical guidance of the radiation generated in the active region.
  • the etching is preferably carried out so deeply that it reaches at least the cladding layer closest to the carrier.
  • the etching preferably extends into the carrier 29.
  • the active region of the radiation receiver For the formation of a radiation receiver, the active region of the radiation receiver and the
  • FIGS. 1A to 8C are also suitable for semiconductor bodies which are based on another compound semiconductor material, for example a phosphidic or arsenide

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Abstract

Es wird ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement (1) mit einem Halbleiterkörper (2) angegeben, wobei der Halbleiterkörper eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (20) aufweist. Das Halbleiterbauelement weist einen Wellenleiter (5) auf, der für eine laterale Führung der im aktiven Bereich erzeugten Strahlung vorgesehen ist und der sich zwischen einer Spiegelfläche (3) und einer Auskoppelfläche (4) erstreckt. Der Wellenleiter trifft senkrecht auf die Spiegelfläche und schließt mit einer Normalen der Auskoppelfläche einen spitzen Winkel ein.

Description

Beschreibung
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement Die vorliegende Anmeldung betrifft ein
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement mit einem
Halbleiterkörper .
Laserquellen, beispielsweise Halbleiterlaser in
Stegwellenleitergeometrie (Ridge Waveguide Laser) , können ein sehr schmalbandiges Emissionsspektrum aufweisen. Dies kann beispielsweise bei Projektionsanwendungen aufgrund der so genannten Speckle zu einer verringerten Abbildungsqualität führen. Dieses Problem erschwert insbesondere die
Realisierung von großflächigen, lichtstarken
Projektionsgeräten mit Laserdioden als Strahlungsquelle.
Eine Aufgabe ist es, ein Halbleiterbauelement anzugeben, mit dem die Abbildungsqualität verbessert und gleichzeitig hohe optische Ausgangsleistungen erzielt werden können.
Diese Aufgabe wird durch ein strahlungsemittierendes
Halbleiterbauelement gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Gemäß einer Ausführungsform weist ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement einen Halbleiterkörper auf, der eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zur Erzeugung von
Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich aufweist. Das
Halbleiterbauelement weist einen Wellenleiter auf, der für eine laterale Führung der im aktiven Bereich erzeugten
Strahlung vorgesehen ist und der sich zwischen einer Spiegelfläche und einer Auskoppelfläche erstreckt. Der
Wellenleiter trifft senkrecht auf die Spiegelfläche. Auf die Auskoppelfläche trifft der Wellenleiter schräg zu einer
Normalen der Auskoppelfläche.
Unter einer lateralen Richtung wird in diesem Zusammenhang eine Richtung verstanden, die senkrecht zu einer Normalen der Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge verläuft. Der Wellenleiter definiert also einen Strahlungsverlauf in der Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge.
An der Auskoppelfläche verläuft eine Haupterstreckungsachse des Wellenleiters, oder eine Tangente zur
Haupterstreckungsachse im Fall eines gekrümmten
Wellenleiters, also nicht parallel, sondern schräg zu der Normalen der Auskoppelfläche.
Im Unterschied zu einem Halbleiterlaser steht die
Auskoppelfläche also nicht senkrecht zu dem Wellenleiter, so dass die Auskoppelfläche keine Resonatorfläche bildet. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass an der
Auskoppelfläche so viel Strahlung in den Wellenleiter
zurückgekoppelt wird, dass im aktiven Bereich stimulierte Emission zur Abstrahlung von überwiegend kohärenter Strahlung führt.
Das Halbleiterbauelement ist also zur Erzeugung von
inkohärenter oder zumindest nur teilkohärenter Strahlung vorgesehen. Die spektrale Breite der vom Halbleiterbauelement abgestrahlten Strahlung kann dadurch gegenüber Laserstrahlung erhöht werden. Bevorzugt weist die vom Halbleiterbauelement abgestrahlte Strahlung eine volle spektrale Halbwertsbreite (Füll Width at Half Maximum, FWHM) von mindestens 2 nm auf. Bevorzugt beträgt die volle spektrale Halbwertsbreite zwischen
einschließlich 2 nm und einschließlich 20 nm, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 2 nm und einschließlich 10 nm, beispielsweise 5 nm. Es hat sich gezeigt, dass eine störende Ausbildung eines Speckle-Musters so vermieden werden kann .
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Spiegelfläche mit einer hochreflektiven Beschichtung, also einer Beschichtung die mindestens 80 %, bevorzugt mindestens 90 %, der im aktiven Bereich erzeugten Strahlung reflektiert, versehen. Je höher die Reflektivität der Spiegelfläche ist, desto geringer ist der Strahlungsanteil, der auf der der Auskoppelfläche gegenüberliegenden Seite des Halbleiterbauelements aus dem Halbleiterkörper austritt. Weiterhin bevorzugt ist die Auskoppelfläche mit einer
Entspiegelungsschicht versehen. Die Auskoppelfläche weist vorzugsweise eine Reflektivität von höchstens 1 %, bevorzugt von höchstens 0,5 %, beispielsweise 0,1 % auf. Je niedriger die Reflektivität der Auskoppelfläche ist, desto geringer ist die Gefahr, dass Strahlung von der
Auskoppelfläche in den Wellenleiter zurück reflektiert wird und ein ungewünschtes Anschwingen von kohärenten Laser-Moden erfolgt .
Ein Winkel zwischen dem Wellenleiter und der Normalen der Austrittsfläche beträgt vorzugsweise mindestens 0,5°, besonders bevorzugt mindestens 3°. Insbesondere kann der Winkel zwischen einschließlich 3° und einschließlich 30° betragen .
In einer Ausgestaltungsvariante ist in einem Strahlengang zwischen der Spiegelfläche und der Auskoppelfläche eine
Umlenkfläche ausgebildet. Mittels der Umlenkfläche kann der Wellenleiter in Teilbereiche unterteilt sein, deren
Haupterstreckungsachsen schräg oder senkrecht zueinander verlaufen .
Die Umlenkfläche ist vorzugsweise derart relativ zur
Spiegelfläche angeordnet, dass die an der Umlenkfläche in Richtung der Auskoppelfläche reflektierte Strahlung schräg auf die Auskoppelfläche auftrifft. Die Spiegelfläche und die Auskoppelfläche können bei dieser Ausgestaltungsvariante parallel zueinander verlaufen. Bei der Herstellung können die Spiegelfläche und die Auskoppelfläche beispielsweise mittels Spaltens beim Vereinzeln aus einem Waferverbund hervorgehen. In einer bevorzugten Weiterbildung trifft die entlang des
Wellenleiters verlaufende Strahlung in einem Winkel auf die Umlenkfläche, der größer ist als ein Grenzwinkel für
Totalreflexion. Mit anderen Worten schließt die
Haupterstreckungsachse des Wellenleiters mit einer Normalen der Umlenkfläche einen Winkel ein, der so groß ist, dass die Strahlung verlustfrei an der Umlenkfläche reflektiert wird.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die
Umlenkfläche derart ausgebildet, dass sie in einem
Zentralbereich des Wellenleiters eine höhere Reflektivität aufweist als in einem Randbereich des Wellenleiters. So kann erzielt werden, dass räumliche Moden höherer Ordnung, die verglichen zur Grundmode zu einem höheren Anteil im Randbereich des Wellenleiters verlaufen, zu einem geringeren Anteil reflektiert werden. Die Umlenkfläche wirkt also als ein räumlicher Modenfilter. Eine monomodige Abstrahlung wird so vereinfacht.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die
Umlenkfläche zumindest bereichsweise gekrümmt ausgebildet. Vorzugsweise ist die Umlenkfläche derart gekrümmt, dass die laterale Ausdehnung der im Wellenleiter geführten Strahlung im Bereich der Auskoppelfläche eine größere laterale
Ausdehnung aufweist als die Strahlung vor dem Auftreffen auf die Umlenkfläche. Die Strahlung wird also zu der
Auskoppelfläche hin aufgeweitet, so dass die Belastung der Facette reduziert wird und sich die Gefahr eines zum Ausfall des Bauelements führenden Spiegelschadens (Catastrophic Optical Mirror Damage, COMD) verringert.
In einer weiteren Ausgestaltungsvariante weist der
Wellenleiter zumindest einen Teilbereich auf, in dem der Wellenleiter gekrümmt verläuft. Mittels der Krümmung kann erzielt werden, dass der Wellenleiter senkrecht auf die
Spiegelfläche und in einem spitzen Winkel zur Normalen der Auskoppelfläche verläuft, ohne dass hierfür eine Umlenkfläche erforderlich ist. Ein Wellenleiter mit einem gekrümmten
Teilbereich kann aber zusätzlich mit einer oder mehreren Umlenkflächen im Strahlengang ausgebildet werden.
Die Auskoppelfläche kann mittels einer den Halbleiterkörper in lateraler Richtung begrenzenden Seitenfläche, insbesondere einer auskoppelseitigen Seitenfläche, gebildet sein. Die Spiegelfläche und die auskoppelseitige Seitenfläche sind vorzugsweise zwei voneinander verschiedene, den
Halbleiterkörper jeweils in lateraler Richtung begrenzende Seitenflächen. Bei der Herstellung können die Spiegelfläche und die Auskoppelfläche beim Vereinzeln der
Halbleiterbauelemente aus einem Waferverbund hervorgehen. Vorzugsweise verlaufen die Spiegelfläche und die
Auskoppelfläche parallel zueinander.
Alternativ kann die Auskoppelfläche schräg zu der
Spiegelfläche verlaufen. Weiterhin kann die Auskoppelfläche von der auskoppelseitigen Seitenfläche des
Halbleiterbauelements verschieden sein. Bei der Herstellung des Halbleiterbauelements wird die Auskoppelfläche in diesem Fall mittels eines chemischen Strukturierungsschritts , insbesondere eines trockenchemischen Ätzverfahrens,
hergestellt .
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist auf zumindest einer Seite des Wellenleiters eine Strukturierung mit
zumindest einer Vertiefung ausgebildet. Die Strukturierung ist insbesondere dafür vorgesehen, Streustrahlung gezielt zu absorbieren oder zumindest an einem Strahlungsaustritt seitens der auskoppelseitigen Seitenfläche des
Halbleiterbauelements zu hindern.
Vorzugsweise erstreckt sich die zumindest eine Vertiefung in vertikaler Richtung zumindest durch den aktiven Bereich hindurch. Die Vertiefung kann sich auch durch die gesamte Halbleiterschichtenfolge hindurch erstrecken.
Die Strukturierung kann weiterhin in Form von zumindest einer Vertiefung auf beiden Seiten des Wellenleiters ausgebildet sein. Ein Abstand zwischen dem Wellenleiter und der
Vertiefung beziehungsweise den Vertiefungen, also eine kleinste Distanz zwischen dem Wellenleiter und der dem Wellenleiter nächst gelegenen Vertiefung der Strukturierung, beträgt vorzugsweise höchstens 30 ym, besonders bevorzugt höchstens 20 ym, am meisten bevorzugt höchstens 10 ym.
Beispielsweise kann der Abstand zwischen 0,1 ym und 3 ym betragen.
In einer entlang der Auskoppelfläche verlaufenden Richtung beträgt die Ausdehnung der Vertiefung beziehungsweise der Vertiefungen vorzugsweise zwischen 0,1 ym und 500 ym, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 1 ym und
einschließlich 100 ym, am meisten bevorzugt zwischen
einschließlich 3 ym und einschließlich 50 ym.
In einer senkrecht zur Auskoppelfläche verlaufenden Richtung beträgt die Ausdehnung der Vertiefung beziehungsweise der
Vertiefungen vorzugsweise zwischen einschließlich 0,1 ym und einschließlich 50 ym, besonders bevorzugt zwischen
einschließlich 1 ym und einschließlich 20 ym, am meisten bevorzugt zwischen einschließlich 1 ym und einschließlich 10 ym.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist die zumindest eine Vertiefung zumindest teilweise mit einem Material befüllt, das die im aktiven Bereich erzeugte Strahlung absorbiert.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist in das
Halbleiterbauelement ein Strahlungsempfänger mit einem zur Signalerzeugung vorgesehenen aktiven Bereich, insbesondere monolithisch, integriert. Bei der Herstellung des
Halbleiterbauelements können der aktive Bereich des
Strahlungsempfängers und der zur Strahlungserzeugung
vorgesehene aktive Bereich des Halbleiterbauelements aus denselben Halbleiterschichten hervorgehen. Die aktiven Bereiche können somit dieselbe Materialzusammensetzung aufweisen .
Im Betrieb des Halbleiterbauelements kann mittels des
Strahlungsempfängers die emittierte Strahlungsleistung überwacht und gegebenenfalls geregelt werden.
In einer Ausgestaltungsvariante ist der Strahlungsempfänger so angeordnet, dass ein Teil der sich entlang des
Wellenleiters ausbreitenden Strahlung direkt auf den
Strahlungsempfänger auftrifft.
In einer alternativen Ausgestaltungsvariante ist der
Strahlungsempfänger so angeordnet, dass überwiegend
Streustrahlung auf den Strahlungsempfänger auftrifft.
Bei einem Wellenleiter mit einem gekrümmten Teilbereich kann der Strahlungsempfänger beispielsweise so angeordnet sein, dass der Wellenleiter im Bereich des Strahlungsempfängers vom Strahlungsempfänger weg gekrümmt verläuft. Das heißt, bei einem in Abstrahlrichtung gesehen links gekrümmten
Wellenleiter ist der Strahlungsempfänger vorzugsweise rechts vom Wellenleiter angeordnet und umgekehrt. Bei einem Halbleiterbauelement mit einer Umlenkfläche kann der Strahlungsempfänger im Bereich der Umlenkfläche
angeordnet sein. Beispielsweise kann die Umlenkfläche für die im aktiven Bereich erzeugte Strahlung teildurchlässig sein, so dass ein Teil der Strahlung durch die Umlenkfläche
hindurchtritt und auf den Strahlungsempfänger auftrifft.
Allgemein eignet sich für die Position des
Strahlungsempfängers insbesondere eine Stelle des Halbleiterbauelements, an der vergleichsweise viel Streustrahlung auftritt. Beispielsweise kann der
Strahlungsempfänger auch im Bereich der Auskoppelfläche angeordnet sein.
In lateraler Richtung kann der Wellenleiter als ein
Stegwellenleiter ausgebildet sein. Zur Erhöhung der
emittierten Strahlungsleistung kann auch ein Breitstreifen- Wellenleiter Anwendung finden. Alternativ oder ergänzend können zur Steigerung der insgesamt abgestrahlten
Strahlungsleistung mehrere Wellenleiter, insbesondere
Wellenleiter in Stegwellenleiter- oder Breitstreifen- Wellenleitergeometrie, lateral nebeneinander, insbesondere mit zumindest bereichsweise zueinander parallel verlaufenden Haupterstreckungsachsen, angeordnet sein.
Das beschriebene Halbleiterbauelement zeichnet sich durch hohe erreichbare Ausgangsleistungen mit einer gerichteten räumlichen Abstrahlung und einer gegenüber einem
Halbleiterlaser erhöhten spektralen Breite aus. Das
Halbleiterbauelement eignet sich daher insbesondere für die Verwendung als Strahlungsquelle in einem Projektor. Die
Gefahr einer Beeinträchtigung der Abbildungsqualität aufgrund von Speckle-Mustern kann so vermindert werden.
Weitere Merkmale, Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der
Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren. Es zeigen:
Die Figuren 1A bis IC drei Ausführungsbeispiele für ein
Halbleiterbauelement in schematischer Aufsicht; die Figur 1D eine schematische Schnittansicht des in Figur 1A gezeigten Ausführungsbeispiels entlang einer Linie BB' ; die Figur IE ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein
Halbleiterbauelement in schematischer Schnittansicht; die Figuren 2A und 2B zwei weitere Ausführungsbeispiele für ein Halbleiterbauelement anhand einer jeweils vergrößerten Darstellung eines Ausschnitts des in Figur 1A dargestellten Ausführungsbeispiels; die Figuren 3A bis 3E, 4A bis 4D, 5A bis 5C, 6A bis 6D, 7A bis 7C und 8A bis 8C jeweils ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Halbleiterbauelement in schematischer Aufsicht; und
Figur 9 ein Ausführungsbeispiel für einen Schichtaufbau eines Halbleiterbauelements in schematischer Darstellung.
Gleiche, gleichartige oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als
maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren
Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
In den Figuren 1A bis IC ist jeweils ein Ausführungsbeispiel für ein Halbleiterbauelement 1 in schematischer Aufsicht dargestellt. Das Halbleiterbauelement weist einen
Halbleiterkörper 2 auf, in dem ein Wellenleiter 5 ausgebildet ist. Der Wellenleiter 5 ist zur Führung einer in einem aktiven Bereich des Halbleiterkörpers 2 erzeugten Strahlung in lateraler Richtung, also in einer entlang einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge des
Halbleiterkörpers verlaufenden Richtung, vorgesehen.
Ein Ausführungsbeispiel für eine geeignete Schichtfolge für den Halbleiterkörper 2 wird im Zusammenhang mit Figur 9 näher beschrieben .
In lateraler Richtung erstreckt sich der Halbleiterkörper 2 mit dem Wellenleiter 5 zwischen einer Spiegelfläche 3 und einer Auskoppelfläche 4. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Spiegelfläche und die Auskoppelfläche an
gegenüberliegenden Seiten des Halbleiterkörpers 2 ausgebildet und verlaufen weiterhin parallel zueinander. Die Spiegelfläche 3 ist mit einer hochreflektierenden
Beschichtung 30 versehen. Die Reflektivität der Beschichtung beträgt vorzugsweise mindestens 80 %, besonders bevorzugt mindestens 90 % für die im aktiven Bereich im Betrieb
erzeugte Strahlung.
Die hochreflektierende Beschichtung 30 kann als ein Bragg- Spiegel ausgeführt sein. Alternativ oder ergänzend kann eine metallische Spiegelschicht vorgesehen sein. Bei einer
metallischen Spiegelschicht ist vorzugsweise zwischen dem Halbleiterkörper und der metallischen Spiegelschicht, insbesondere unmittelbar an den Halbleiterkörper angrenzend, eine elektrisch isolierende Schicht angeordnet, um einen elektrischen Kurzschluss zu vermeiden. Der Wellenleiter 5, insbesondere eine Haupterstreckungsachse 50 des Wellenleiters, schließt mit einer Normalen 41 der Auskoppelfläche 40 einen Winkel 42 ein. Das heißt, der Wellenleiter 5 trifft nicht senkrecht auf die Auskoppelfläche 4. Ein Winkel zwischen dem Wellenleiter und der
Auskoppelfläche beträgt vorzugsweise mindestens 0,5°, besonders bevorzugt mindestens 3°. Insbesondere kann der Winkel zwischen einschließlich 0,5° und einschließlich 30°, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 3° und
einschließlich 20°, betragen.
Die Auskoppelfläche 4 ist mit einer
Entspiegelungsbeschichtung 40 versehen. Die
Entspiegelungsbeschichtung kann einschichtig oder mit einer Mehrzahl von Teilschichten ausgebildet sein. Eine Dicke d der Entspiegelungsbeschichtung oder zumindest einer der
Teilschichten ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sie für eine im aktiven Bereich mit der Wellenlänge λ erzeugte
Strahlung bei einem Winkel α zwischen der
Haupterstreckungsachse des Wellenleiters und der Normalen der Auskoppelfläche als λ/4-Schicht ausgebildet ist. Das heißt, es gilt die Beziehung
Figure imgf000014_0001
Hier ist n der effektive Brechungsindex für im Wellenleiter 5 verlaufende Strahlung. In dem Halbleiterkörper 2 ist eine Umlenkfläche 6 und eine weitere Umlenkfläche 61 ausgebildet. Die Umlenkflächen sind jeweils in einem Strahlengang entlang des Wellenleiters 5 zwischen der Spiegelfläche 3 und der Auskoppelfläche 4 angeordnet. Mittels der Umlenkflächen ist der Wellenleiter in einen ersten Teilbereich 51 zwischen der Auskoppelfläche 4 und der Umlenkfläche 6, einen zweiten Teilbereich 52 zwischen der Umlenkfläche 6 und der weiteren Umlenkfläche 61 und einen dritten Teilbereich 53 zwischen der weiteren Umlenkfläche 61 und der Spiegelfläche 3 unterteilt.
In dem dritten Teilbereich 53 trifft der Wellenleiter 5 senkrecht auf die Spiegelfläche 3. Im aktiven Bereich
emittierte und in Richtung der Spiegelfläche abgestrahlte Strahlung kann so effizient in den Wellenleiter 5
zurückreflektiert werden. Die weitere Umlenkfläche 61 ist in einem Winkel von 45° zu der Spiegelfläche 3 angeordnet, so dass der zweite
Teilbereich 52 in einem Winkel von 90° zum dritten
Teilbereich 53 verläuft. Die Umlenkfläche 6 ist in einem von 45° verschiedenen Winkel, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in einem Winkel von kleiner als 45° zur Spiegelfläche 3 angeordnet, so dass die entlang des ersten Teilbereichs 51 verlaufende Strahlung in einem von 0° verschiedenen Winkel zur Normalen der
Auskoppelfläche auf diese auftritt. Die aus dem
Halbleiterbauelement austretende Strahlung ist durch einen Pfeil 91 veranschaulicht.
Die Umlenkflächen 6, 61 können beispielsweise mittels
trockenchemischen Ätzens ausgebildet werden. Der Winkel der Umlenkflächen bezogen auf die Spiegelfläche 3 oder die
Auskoppelfläche 4 kann so in weiten Grenzen variiert werden.
Mittels der beschriebenen Ausgestaltung des Wellenleiters 5 relativ zu der Spiegelfläche 3 und der Auskoppelfläche 4 kann erzielt werden, dass im Wellenleiter verlaufende Strahlung eine stimulierte Emission hervorruft. Dies bewirkt im
Vergleich zu einer konventionellen Leuchtdiode ohne lateralen Wellenleiter räumlich eine überwiegend gerichtete und
spektral eine vergleichsweise schmalbandige Abstrahlung. Im Unterschied zu einem Laser ist die Auskoppelfläche mittels der schrägen Anordnung zur Normalen des Wellenleiters derart ausgebildet, dass keine optische Rückkopplung der Strahlung in den Wellenleiter 5 erfolgt. Mit anderen Worten weist das Halbleiterbauelement 1 keinen Resonator auf. Die Erzeugung von überwiegend kohärenter Strahlung im Wellenleiter wird im Unterschied zu einem Laser somit vermieden.
Im Unterschied zu einem Laser führt die beschriebene
Ausgestaltung des Wellenleiters zu einer inkohärenten
Abstrahlung mit einer größeren spektralen Breite.
Vorzugsweise beträgt die volle spektrale Halbwertsbreite mindestens 2 nm, bevorzugt zwischen einschließlich 4 nm und einschließlich 20 nm.
Das beschriebene Halbleiterbauelement zeichnet sich somit durch eine stark gerichtete Abstrahlung bei einer
gleichzeitig vergleichsweise breiten spektralen Abstrahlung aus. Das Halbleiterbauelement eignet sich daher besonders für die Verwendung als Strahlungsquelle in einem Projektor. Die Gefahr einer verminderten Bildqualität aufgrund von Speckle kann so vermieden werden.
Zwei Ausführungsbeispiele für die elektrische Kontaktierung des Halbleiterbauelements sind in den Figuren 1D und IE schematisch gezeigt. Hier stellt die Figur 1D eine
Schnittansicht entlang der in Figur 1A gezeigten Linie BB' dar. Im Betrieb des Halbleiterbauelements werden durch
Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen einem Kontakt 24 und einem weiteren Kontakt 25 Ladungsträger von
unterschiedlichen Seiten in den aktiven Bereich 20 des Halbleiterkörpers 2 injiziert und rekombinieren dort unter Emission von Strahlung.
Bei dem in Figur 1D dargestellten Ausführungsbeispiel sind der Kontakt 24 und der weitere Kontakt 25 auf
gegenüberliegenden Seiten des Halbleiterkörpers 2 angeordnet. Der Kontakt 24 ist über eine Kontaktbeschichtung 240 mit einer Oberseite des Wellenleiters 5 elektrisch leitend verbunden. Der Kontakt 24 muss nicht notwendigerweise als separate, auf der Kontaktbeschichtung 240 ausgebildete
Schicht ausgeführt sein, sondern kann auch ein Teilbereich der Kontaktbeschichtung 240 sein.
Zur Vermeidung eines elektrischen Kurzschlusses ist zwischen dem Halbleiterkörper 2 und der Kontaktbeschichtung 240 eine Isolationsschicht 26 angeordnet.
Der Kontakt 24, die Kontaktbeschichtung 240 und/oder der weitere Kontakt 25 enthalten vorzugsweise ein Metall oder eine metallische Legierung. Weiterhin können die genannten Elemente auch mehrschichtig ausgebildet sein.
Der Halbleiterkörper 2 ist auf einem Träger 29 angeordnet. Der Träger kann durch ein Aufwachssubstrat für die
Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterkörpers 2 gebildet sein. Alternativ kann der Träger auch von dem
Aufwachssubstrat verschieden sein. Die elektrische
Kontaktierung erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel durch den Träger hindurch. Der Träger ist zweckmäßigerweise elektrisch leitend. Alternativ kann der Halbleiterkörper auch frei von einem Träger ausgebildet sein. Der weitere Kontakt 25 kann in diesem Fall unmittelbar an den Halbleiterkörper 2 angrenzen. Im Unterschied hierzu sind die Kontakte 24, 25 bei dem in Figur IE dargestellten Ausführungsbeispiel auf derselben Seite des Halbleiterkörpers 2 angeordnet. Der Kontakt 24 kontaktiert den Halbleiterkörper auf der Oberseite des
Wellenleiters 5. Der weitere Kontakt 25 grenzt seitlich des Wellenleiters an den Halbleiterkörper 2 an. In diesem Fall kann die elektrische Kontaktierung also unabhängig von dem Träger 29 erfolgen, so dass dieser auch eine vergleichsweise geringe elektrische Leitfähigkeit aufweisen oder elektrisch isolierend ausgebildet sein kann.
Diese Ausführungsbeispiele für die elektrische Kontaktierung sind auch für die nachfolgend beschriebenen
Ausführungsbeispiele des Halbleiterbauelements 1 geeignet. Zur vereinfachten Darstellung sind der Kontakt 24 und der weitere Kontakt 25 in den nachfolgenden Figuren nicht
explizit gezeigt.
Selbstverständlich können von dem beschriebenen
Ausführungsbeispiel abweichend auch nur eine Umlenkfläche oder mehr als zwei Umlenkflächen vorgesehen sein.
Beispielsweise können die Spiegelfläche 3 und die
Auskoppelfläche 4 als zwei aneinander angrenzende
Seitenflächen des Halbleiterbauelements 1 ausgebildet sein, wobei im Strahlengang zwischen diesen Flächen nur eine
Umlenkfläche angeordnet ist.
Bei dem in Figur 1A dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Wellenleiter 5 als ein Stegwellenleiter (Ridge Waveguide) ausgebildet. Die Breite des Wellenleiters in lateraler
Richtung ist vorzugsweise kleiner als die so genannte „cut - off"-Breite, so dass der Wellenleiter in lateraler Richtung im Wesentlichen monomodige Strahlungspropagation bewirkt. Im Unterschied hierzu ist der Wellenleiter 5 bei dem in Figur 1B dargestellten Ausführungsbeispiel als ein Breitstreifen- Wellenleiter ausgebildet. Die Ausgangsleistung des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements kann so erhöht werden.
Für eine noch weitergehende Erhöhung der Strahlungsleistung können in lateraler Richtung auch mehrere Wellenleiter angeordnet sein. In Figur IC ist exemplarisch ein
Ausführungsbeispiel mit einem Wellenleiter 5 und einem weiteren Wellenleiter 55 ausgebildet. Analog zu dem
Wellenleiter 5 sind im Strahlengang des weiteren
Wellenleiters 55 eine Umlenkfläche 6 und eine weitere
Umlenkfläche 61 ausgebildet, so dass der Wellenleiter 55 in einen ersten Teilbereich 551, einen zweiten Teilbereich 552 und einen dritten Teilbereich 553 unterteilt ist. Die ersten, zweiten und dritten Teilbereiche der Wellenleiter 5, 55 verlaufen jeweils parallel zueinander. Eine aus dem weiteren Wellenleiter 55 austretende Strahlung verläuft parallel zur aus dem Wellenleiter 5 austretenden Strahlung (veranschaulicht durch einen Pfeil 911).
Der Abstand zwischen den Wellenleitern 5, 55 ist vorzugsweise mindestens so groß ausgebildet, dass die Verlustwärme noch effizient aus dem Halbleiterbauelement 1 abgeführt werden kann. Weiterhin kann es bei einem vergleichsweise geringen Abstand zwischen den Wellenleitern 5, 55 zu einer Kopplung der in den Wellenleitern geführten Moden kommen.
Selbstverständlich können auch mehr als zwei Wellenleiter in lateraler Richtung nebeneinander angeordnet sein. Die lateral nebeneinander angeordneten Wellenleiter 5, 55 können insbesondere wie in Figur 1A beschrieben als Stegwellenleiter oder wie in Figur 1B beschrieben als Breitstreifen- Wellenleiter ausgebildet sein. In den Figuren 2A und 2B sind zwei Ausführungsbeispiele für eine Ausgestaltung einer Umlenkfläche anhand einer
vergrößerten Darstellung eines in Figur 1A dargestellten Ausschnitts A gezeigt. Die Beschreibung erfolgt lediglich exemplarisch für die Ausgestaltung der weiteren Umlenkfläche 61 des in Figur 1A dargestellten Ausführungsbeispiels und kann auch für die Ausgestaltung der Umlenkfläche 6 oder der weiteren Umlenkfläche 61 in den vorstehend und nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen Anwendung finden. Die weitere Umlenkfläche 61 ist als eine geätzte Fläche des Halbleiterkörpers 2 ausgebildet. Die weitere Umlenkfläche 61 ist derart ausgebildet, dass sie in einem Zentralbereich 611 eine höhere Reflektivität aufweist als in einem Randbereich 612. Räumliche Moden höherer Ordnung erfahren so stärkere Verluste an der Reflexion an der weiteren Umlenkfläche 61 als die Grundmode des Wellenleiters 5. Eine monomodige
Abstrahlung des Halbleiterbauelements 1 kann so gefördert werden. Die Umlenkfläche wirkt also als ein räumlicher
Modenfilter, so dass eine monomodige oder zumindest
weitgehend monomodige Abstrahlung auch mit einem
vergleichsweise breiten Wellenleiter erzielt werden kann.
In dem in Figur 2A dargestellten Ausführungsbeispiel wird die höhere Reflexion im Zentralbereich dadurch erzielt, dass lediglich der Zentralbereich 611 der weiteren Umlenkfläche 61 mit einer Spiegelschicht 7 versehen ist. Die Spiegelschicht 7 kann als eine Metallschicht oder als eine dielektrische
Mehrschichtstruktur ausgebildet sein. Auch eine Kombination einer dielektrischen Mehrschichtstruktur mit einer Metallschicht kann Anwendung finden.
Im Unterschied hierzu sind bei dem in Figur 2B dargestellten Ausführungsbeispiel die Randbereiche 612 mit einem
absorbierenden Bereich 71 versehen. Der absorbierende Bereich ist dafür vorgesehen, die im aktiven Bereich erzeugte und im Randbereich des Wellenleiters 5 verlaufende Strahlung gezielt zu absorbieren. Bei dieser Ausgestaltung kann die
Spiegelschicht 7 entweder nur im Zentralbereich 611
ausgebildet sein oder, wie in Figur 2B dargestellt, so angeordnet sein, dass im Randbereich 612 zwischen der
Spiegelschicht und der weiteren Umlenkfläche 61 der
absorbierende Bereich 71 angeordnet ist.
Die beschriebene Ausgestaltung bewirkt also einen räumlichen Modenfilter. So kann auch bei einem Wellenleiter, dessen Breite größer ist als die cut-off-Breite für einen
Stegwellenleiter eine monomodige Abstrahlung erzielt werden.
Von den beschriebenen Ausführungsbeispielen abweichend können unterschiedlich starke Reflektivitäten für den Zentralbereich 611 und den Randbereich 612 auch durch unterschiedlich tief in den Halbleiterkörper hineinreichende Ätzprozesse
ausgebildet werden.
Weiterhin kann von den anhand der Figuren 2A und 2B
beschriebenen Ausführungsbeispielen abweichend auf eine
Spiegelschicht auch verzichtet werden. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Strahlung unter einem Winkel auf die
Umlenkfläche auftrifft, der größer ist als der Winkel für Totalreflexion. Beispielsweise beträgt bei einem Halbleiterkörper auf der Basis von Galliumnitrid an einer Grenzfläche zu Luft der kritische Winkel 23,6°.
Ein weiteres, in Figur 3A dargestelltes Ausführungsbeispiel, entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit Figur 1A beschriebenen Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu weist das Halbleiterbauelement 1 zusätzlich einen
Strahlungsempfänger 8 auf. Der Strahlungsempfänger 8 ist in das Halbleiterbauelement 1 integriert und ist dafür
vorgesehen, die vom Halbleiterbauelement 1 abgestrahlte
Strahlungsleistung zu überwachen. Auf einen
Strahlungsempfänger, der separat zum Halbleiterbauelement ausgeführt ist und relativ zu diesem justiert werden muss, kann also verzichtet werden. Vorzugsweise gehen ein zur
Signalerzeugung vorgesehener aktiver Bereich des
Strahlungsempfängers und der zur Strahlungserzeugung
vorgesehene aktive Bereich des Halbleiterbauelements aus derselben Halbleiterschichtenfolge hervor. Bei dem in Figur 3A dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Strahlungsempfänger 8 im Bereich der Umlenkfläche 6
angeordnet. Im zweiten Teilbereich 52 des Wellenleiters verlaufende Strahlung, die nicht auf die Umlenkfläche 6 auftrifft, kann von dem Strahlungsempfänger detektiert werden und so Aufschluss über die emittierte Strahlungsleistung geben. Ein derartiger Strahlungsempfänger 8 kann
selbstverständlich auch bei den anderen beschriebenen
Ausführungsbeispielen Anwendung finden. Beispielsweise ist in Figur 3B ein Ausführungsbeispiel für ein Halbleiterbauelement beschrieben, das im Wesentlichen wie in Figur 1B beschrieben ausgeführt ist und einen Strahlungsempfänger 8 aufweist. Im Unterschied zu dem in Figur 3A beschriebenen
Ausführungsbeispiel ist der Strahlungsempfänger im Bereich der Auskoppelfläche 4 angeordnet und kann insbesondere an der Auskoppelfläche reflektierte Strahlung detektieren.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Halbleiterbauelement ist in Figur 3C dargestellt. Dieses weitere
Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im
Zusammenhang mit der Figur 3A beschriebenen
Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu ist die
Umlenkfläche 6 als eine gekrümmte Umlenkfläche ausgebildet. Mittels der gekrümmten Umlenkfläche kann die im Wellenleiter 5 in Richtung der Austrittsfläche 4 propagierende Strahlung im ersten Teilbereich 51 des Wellenleiters aufgeweitet werden. Die Strahlung tritt somit auf einer größeren
Querschnittsfläche auf die Auskoppelfläche 4, so dass die Gefahr einer Schädigung der Auskoppelfläche verringert ist.
Weiterhin kann die gekrümmte Umlenkfläche 6 so ausgebildet sein, dass im Vergleich zu einer ebenen Umlenkfläche ein größerer Strahlungsanteil auf dem Strahlungsempfänger 8 auftrifft.
Das in Figur 3D dargestellte weitere Ausführungsbeispiel für ein Halbleiterbauelement entspricht im Wesentlichen dem in Figur 3B dargestellten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu ist der Strahlungsempfänger 8 in einem Randbereich des Wellenleiters 5 angeordnet, so dass ein Teil der entlang des Wellenleiters verlaufenden Strahlung direkt auf den
Strahlungsempfänger trifft. Das in Figur 3E dargestellte weitere Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit der Figur 3A beschriebenen Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu ist die Umlenkfläche 6 gezielt teildurchlässig ausgebildet. Dies kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass eine Normale der Umlenkfläche 6 mit dem auf die Umlenkfläche auftreffenden Teilbereich des Wellenleiters einen Winkel einschließt, der kleiner ist als der Winkel für
Totalreflexion, so dass ein Teil der auf die Umlenkfläche 6 auftreffenden Strahlung transmittiert wird. Dieser
transmittierte Anteil der Strahlung ist in Figur 3E durch einen Pfeil 92 veranschaulicht. In Figur 4A ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement 1 in
schematischer Aufsicht dargestellt. Im Unterschied zu dem in Figur 1A dargestellten Ausführungsbeispiel ist der
Wellenleiter 5 bereichsweise derart gekrümmt ausgebildet, dass der Wellenleiter 5 senkrecht auf die Spiegelfläche 3 und schräg zu einer Normalen der Auskoppelfläche 4 auf die
Auskoppelfläche 4 auftrifft. Umlenkflächen im Strahlengang des Wellenleiters sind also nicht erforderlich, können aber, beispielsweise zur Vergrößerung des optischen Wegs innerhalb des Halbleiterbauelements, zusätzlich vorgesehen sein.
Bei einem Wellenleiter 5 mit einem gekrümmten Teilbereich treten im Vergleich zu einem geradlinigen Wellenleiter höhere Verluste auf. Hiervon sind räumliche Moden höherer Ordnung stärker betroffen als die Grundmode, so dass eine monomodige Abstrahlung, insbesondere bei vergleichsweise breiten
Wellenleitern, gefördert wird. Die Strahlungsleistung kann so unter Beibehaltung einer monomodigen Abstrahlung vereinfacht erhöht werden.
Weiterhin weist das Halbleiterbauelement 1 einen
Strahlungsempfänger 8 auf, der insbesondere wie im
Zusammenhang mit Figur 3A beschrieben ausgeführt sein kann. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Strahlungsempfänger 8 so angeordnet, dass an der Auskoppelfläche 4 reflektierte Strahlung, dargestellt durch eine Pfeil 93, auf den
Strahlungsempfänger 8 trifft.
Weiterhin weist das Halbleiterbauelement 1 eine
Strukturierung 85 auf. Die Strukturierung 85 kann durch eine oder mehrere Vertiefungen in dem Halbleiterkörper ausgebildet sein. Die Strukturierung ist dafür vorgesehen, aus dem
Wellenleiter 5 austretende Streustrahlung gezielt zu
absorbieren. Strahlung, die nicht dem gekrümmten Verlauf des Wellenleiters 5 folgt, kann so effizient an einen Austritt durch die Auskoppelfläche 4 gehindert werden. Vorzugsweise ist die Vertiefung der Strukturierung 85
zumindest teilweise mit einem Material befüllt, das die im aktiven Bereich erzeugte Strahlung gezielt absorbiert.
Ein Abstand zwischen dem Wellenleiter 5 und der
Strukturierung 85 beträgt vorzugsweise höchstens 20 ym, bevorzugt höchstens 10 ym. Besonders bevorzugt beträgt der Abstand zwischen einschließlich 0 ym und einschließlich 3 ym. Die Strukturierung kann also unmittelbar an den Wellenleiter angrenzen .
In vertikaler Richtung, also in einer parallel zu einer
Normalen zur Haupterstreckungsebene der
Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterkörpers verlaufenden Richtung, erstreckt sich die zumindest eine Vertiefung der Strukturierung 85 vorzugsweise zumindest durch den aktiven Bereich hindurch. Insbesondere kann die Strukturierung die gesamte Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterkörpers 2 durchdringen . In einer parallel zur Auskoppelfläche verlaufenden Richtung beträgt die Ausdehnung der Strukturierung vorzugsweise zwischen einschließlich 0,1 ym und einschließlich 500 ym, bevorzugt zwischen 1 ym und 100 ym, besonders bevorzugt zwischen 3 ym und 50 ym.
In einer dazu senkrecht verlaufenden Richtung beträgt die Ausdehnung vorzugsweise zwischen 0,1 ym und 50 ym, bevorzugt zwischen 1 ym und einschließlich 20 ym, besonders bevorzugt zwischen 1 ym und einschließlich 10 ym.
Weiterhin bevorzugt ist zumindest eine der Vertiefungen der Strukturierung 85 so ausgeführt, dass ihre
Haupterstreckungsrichtung zum Wellenleiter einen von 0° verschiedenen Winkel einschließt. Die Unterdrückung von Streulicht kann so verbessert erzielt werden.
Weiterhin bevorzugt weist die Vertiefung der Strukturierung 85 eine raue Seitenfläche auf, so dass eine gerichtete
Rückreflexion von Streustrahlung vermieden werden kann.
Die beschriebene Strukturierung 85 kann auch bei einem
Halbleiterbauelement Anwendung finden, bei dem der
Wellenleiter nicht gekrümmt ist, beispielsweise bei dem in Zusammenhang mit den Figuren 1A bis 3E und 7A bis 8C
beschriebenen Ausführungsbeispielen .
Das in Figur 4B dargestellte weitere Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit Figur 4A beschriebenen Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu ist die Strukturierung 85 auf beiden Seiten des Wellenleiters 5 angeordnet. Wie in Figur 4C dargestellt, kann die
Strukturierung auch auf beiden Seiten des Wellenleiters jeweils mehr als eine Vertiefung aufweisen. Vorzugsweise weisen die Vertiefungen der Strukturierung jeweils eine
Haupterstreckungsrichtung auf, die schräg oder senkrecht zum Wellenleiter 5 im Bereich der jeweiligen Vertiefung verläuft.
Das in Figur 4D dargestellte weitere Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit Figur 4A beschriebenen Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu ist der Strahlungsempfänger 8 so angeordnet, dass der
Wellenleiter im Bereich des Strahlungsempfängers 8 vom
Strahlungsempfänger weg gekrümmt verläuft. So kann erzielt werden, dass ein Teil der Strahlung, die in Richtung der Auskoppelfläche verläuft und nicht dem Wellenleiter 5 folgt (dargestellt durch einen Pfeil 94) auf den
Strahlungsempfänger trifft.
Die in den Figuren 5A und 5B dargestellten
Ausführungsbeispielen entsprechen im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit Figur 4B beschriebenen Ausführungsbeispiel. Die Strukturierung 85 ist jeweils durch eine Mehrzahl von Vertiefungen gebildet, wobei die Vertiefungen bei dem in Figur 5A dargestellten Ausführungsbeispiel zum einen entlang der Auskoppelfläche 4 und zum anderen entlang des
Wellenleiters 5 verlaufen.
Mittels der entlang der Auskoppelfläche 4 angeordneten
Vertiefungen der Strukturierung 85 wird die
Strahlungsauskopplung seitens der Auskoppelfläche 4 außerhalb des Wellenleiters 5 reduziert. Auf die entlang des
Wellenleiters zusätzlich ausgebildeten Vertiefungen der
Strukturierung 85 kann, wie in Figur 5B dargestellt, auch verzichtet werden. Die Strukturierung 85 dient insbesondere dazu, räumliche Moden höherer Ordnung effizient zu streuen und/oder zu absorbieren, so dass die Strukturierung in Kombination mit einem gekrümmten Wellenleiter als ein räumlicher Modenfilter wirkt. Höhere Ausgangsleistung können so bei Beibehaltung der monomodigen Abstrahlcharakteristik erzielt werden.
Die Strukturierung 85 kann beispielsweise mittels
trockenchemischen Ätzens, mittels eines fokussierten
Ionenstrahls (Focused Ion-Beam, FIB) , mittels eines
Laserverfahrens, etwa mittels eines laser cut-Verfahrens , oder mittels eines Stealth Dicing-Verfahrens erzielt werden.
Das an der Strukturierung 85 umgelenkte Streulicht kann mittels des integrierten Strahlungsempfängers 8 für die
Überwachung der abgestrahlten Strahlungsleistung verwendet werden .
Das in Figur 5C dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit Figur 4B
dargestellten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu weist die Strukturierung eine Vertiefung auf, die als
Beispiel für eine zumindest bereichsweise gekrümmte,
insbesondere elliptische Umrandung, eine kreisförmige
Umrandung aufweist.
Die Form der einzelnen Vertiefungen sowie die Dichte der Vertiefungen der Strukturierung 85 kann in weiten Grenzen variiert werden. Selbstverständlich können die Vertiefungen der Strukturierung 85 auch zumindest teilweise hinsichtlich der Grundform oder des Querschnitts voneinander verschieden sein . Bei den in den Figuren 6A bis 6D dargestellten
Ausführungsbeispielen ist der Wellenleiter 5 wie im
Zusammenhang mit den Figuren 4A beschrieben bereichsweise gekrümmt ausgebildet. Zusätzlich weist das
Halbleiterbauelement 1 einen weiteren Wellenleiter 55 auf, so dass die insgesamt abgestrahlte Strahlungsleistung,
dargestellt durch die Pfeile 91, 911, erhöht werden kann.
Wie in Figur 6B dargestellt, kann in das Halbleiterbauelement ein Strahlungsempfänger 8 integriert sein, der insbesondere wie im Zusammenhang mit Figur 3A beschrieben ausgeführt sein kann .
Wie im Zusammenhang mit Figur 1B und IC beschrieben, kann zur Erhöhung der Strahlungsleistung der Wellenleiter auch als ein gekrümmter Breitstreifen-Wellenleiter (Figur 6C) ausgebildet sein. Selbstverständlich können, wie in Figur 6D dargestellt, auch mehrere Breitstreifen-Wellenleiter in einem
Halbleiterbauelement zur noch weitergehenden Erhöhung der emittierten Strahlungsleistung ausgebildet sein.
In Figur 7A ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Halbleiterbauelement 1 schematisch in Aufsicht dargestellt. Im Unterschied zu dem in Figur 1A dargestellten
Ausführungsbeispiel ist die den Wellenleiter 5 begrenzende Auskoppelfläche 4 von einer den Halbleiterkörper 2
begrenzenden auskoppelseitigen Seitenfläche 45 verschieden. Ein Winkel zwischen dem Wellenleiter und der Normalen der Auskoppelfläche 4 wird dadurch erzielt, dass die
Auskoppelfläche 4 schräg zur auskoppelseitigen Seitenfläche 45 und schräg zur Spiegelfläche 3 angeordnet ist. Die Auskoppelfläche kann, wie im Zusammenhang mit den Umlenkflächen 6, 61 beschrieben, beispielsweise mittels eines Ätz-Verfahrens ausgebildet werden. Wie im Zusammenhang mit Figur 1A beschrieben ist die
Auskoppelfläche 4 und weiterhin auch die auskoppelseitige Seitenfläche 45 mit einer Entspiegelungsbeschichtung
versehen . Der in diesem Ausführungsbeispiel dargestellte Wellenleiter 5 stellt also einen geradlinigen Wellenleiter dar, der frei von Umlenkflächen in seinem Strahlengang ausgebildet ist. Davon abweichend kann der Wellenleiter aber wie im Zusammenhang mit Figur 1A beschrieben zumindest eine Umlenkfläche und/oder wie im Zusammenhang mit Figur 4A beschrieben einen gekrümmten Teilbereich aufweisen.
Wie in den Figuren 7B und 7C dargestellt, kann bei dem im Zusammenhang mit Figur 7A ausgeführten Ausführungsbeispiel ein Strahlungsempfänger 8 ausgebildet sein, der insbesondere wie im Zusammenhang mit Figur 3A beschrieben ausgebildet sein kann .
Weiterhin kann, wie in Figur 7B dargestellt, eine
Strukturierung 85 vorgesehen sein, die wie im Zusammenhang mit Figur 4B beschrieben ausgeführt sein kann.
Die in den Figuren 8A und 8B dargestellten weiteren
Ausführungsbeispiele entsprechen den im Zusammenhang mit den Figuren 7A und 7B beschriebenen Ausführungsbeispielen, wobei im Unterschied hierzu jeweils zusätzlich zu dem Wellenleiter 5 zur Erhöhung der austretenden Strahlungsleistung ein weiterer Wellenleiter 55 ausgebildet ist, der parallel zum Wellenleiter 5 verläuft.
Alternativ oder ergänzend kann, wie in Figur 8C dargestellt, der Wellenleiter 5 zur Erhöhung der Strahlungsleistung auch als ein Breitstreifen-Wellenleiter ausgebildet sein.
Ein Ausführungsbeispiel für einen Schichtaufbau des
Halbleiterkörpers ist in Figur 9 schematisch dargestellt. Dieser Schichtaufbau ist für alle vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele geeignet.
Die Halbleiterschichtenfolge, die den Halbleiterkörper 2 bildet, basiert auf einem nitridischen
Verbindungshalbleitermaterial. „Auf Nitrid- Verbindungshalbleitern basierend" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die aktive Epitaxie-Schichtenfolge oder zumindest eine Schicht davon ein Nitrid-III/V- Verbindungshalbleitermaterial , vorzugsweise AlnGamI ni-n-mN umfasst, wobei 0 < n < 1, 0 < m < 1 und n+m < 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche
Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen
physikalischen Eigenschaften des AlnGamI ni-n-mN-Materials im
Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (AI, Ga, I n , N) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
Die Halbleiterschichtenfolge ist auf einem Träger 29
angeordnet. Der Träger 29 ist vorzugsweise das Substrat, auf dem die Halbleiterschichtenfolge abgeschieden ist. Insbesondere eignet sich als Aufwachssubstrat ein Substrat, das zumindest eine Galliumnitridschicht enthält. Davon abweichend kann die epitaktische Abscheidung der
Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterkörpers 2 aber auch auf einem anderen Aufwachssubstrat , beispielsweise Saphir,
Silizium oder einem Verbundsubstrat, erfolgen. Weiterhin kann der Träger 29 auch von einem Aufwachssubstrat verschieden sein und nach der epitaktischen Abscheidung an der
Halbleiterschichtenfolge befestigt werden.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel weist der Träger 29 einen ersten Teilbereich 291 und einen der
Halbleiterschichtenfolge zugewandten zweiten Teilbereich 292 auf. Der zweite Teilbereich ist in diesem Ausführungsbeispiel n-leitend dotiert, beispielsweise mit Silizium.
In der schematischen Darstellung der Figur 9 stellt die laterale Ausdehnung der dargestellten Elemente die Bandlücke des Halbleitermaterials dar. Je größer die laterale
Ausdehnung in der Figur ist, desto größer ist die Bandlücke des jeweiligen Materials. Die Halbleiterschichtenfolge 2 weist einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich 20 auf, der zwischen einem n-leitenden Bereich 21, beispielsweise dotiert mit Silizium, und einem p-leitenden Bereich 22, beispielsweise dotiert mit Magnesium, angeordnet ist. Der n-leitende Bereich 21 weist eine an den aktiven Bereich 20 angrenzende Wellenleiterschicht 211 und eine
Mantelschicht 212 auf. Entsprechend weist der p-leitende Bereich 22 eine
Wellenleiterschicht 221 und eine Mantelschicht 222 auf.
Zwischen der Wellenleiterschicht 221 und dem aktiven Bereich 20 ist eine Elektronenbarriere 224 ausgebildet. Die Bandlücke der Elektronenbarriere ist größer als die Bandlücke des aktiven Bereichs, so dass über den n-leitenden Bereich in den aktiven Bereich injizierte Elektronen von der
Elektronenbarriere 224 geblockt werden.
Weiterhin umfasst der p-leitende Bereich eine Kontaktschicht 223, die zur vereinfachten Ausbildung eines ohmschen Kontakts zum Kontakt 24 (in Figur 9 nicht explizit dargestellt) vorgesehen ist.
Die Mantelschichten 212, 222 weisen jeweils einen größeren Al-Gehalt auf als die Wellenleiterschichten 211, 221, so dass die Mantelschichten einen kleineren Brechungsindex aufweisen als die Wellenleiterschichten und somit eine Führung der im aktiven Bereich erzeugten Strahlung in vertikaler Richtung bewirken .
Bei der Ausbildung von Umlenkflächen erfolgt die Ätzung vorzugsweise so tief, dass diese zumindest die dem Träger nächstgelegene Mantelschicht erreicht. Vorzugsweise reicht die Ätzung bis in den Träger 29 hinein.
Für die Ausbildung eines Strahlungsempfängers können der aktive Bereich des Strahlungsempfängers und der zur
Strahlungserzeugung vorgesehene aktive Bereich aus derselben Schicht hervorgehen.
Selbstverständlich eignen sich die im Zusammenhang mit den Figuren 1A bis 8C beschriebenen Ausführungsbeispiele des Halbleiterbauelements auch für Halbleiterkörper, die auf einem anderen Verbindungshalbleitermaterial, beispielsweise einem phosphidischen oder arsenidischen
Verbindungshalbleitermaterial , basieren . Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2011 111 604.8, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Die 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 den Ausführungsbeispielen angegeben ist .

Claims

Patentansprüche
1. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement (1) mit einem Halbleiterkörper (2), der eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (20) aufweist, wobei
- das Halbleiterbauelement einen Wellenleiter (5) aufweist, der für eine laterale Führung der im aktiven Bereich
erzeugten Strahlung vorgesehen ist und der sich zwischen einer Spiegelfläche (3) und einer Auskoppelfläche (4) erstreckt ;
- der Wellenleiter senkrecht auf die Spiegelfläche trifft; und
- der Wellenleiter schräg zu einer Normalen (41) der
Auskoppelfläche auf die Auskoppelfläche trifft.
2. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 1,
bei dem die Spiegelfläche mit einer hochreflektierenden
Beschichtung (30) und die Auskoppelfläche mit einer
Entspiegelungsbeschichtung (40) versehen sind.
3. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem zumindest auf einer Seite des Wellenleiters eine Strukturierung (85) mit zumindest einer Vertiefung
ausgebildet ist, wobei sich die Vertiefung durch den aktiven Bereich hindurch erstreckt und die Strukturierung von dem Wellenleiter einen Abstand von höchstens 30 ym aufweist.
4. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, bei dem die Vertiefung zumindest teilweise mit einem Material befüllt ist, das die im aktiven Bereich erzeugte Strahlung absorbiert .
5. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem in einem Strahlengang zwischen der Spiegelfläche und der Auskoppelfläche eine Umlenkfläche (6, 61) ausgebildet ist .
6. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 5,
bei dem die Umlenkfläche in einem von 45° verschiedenen
Winkel zur Spiegelfläche angeordnet ist, so dass die
Strahlung in einem von 0° verschiedenen Winkel zur Normalen der Auskoppelfläche auf diese auftrifft.
7. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 5 oder 6,
bei dem die Umlenkfläche derart ausgebildet ist, dass sie in einem Zentralbereich (611) des Wellenleiters eine höhere Reflektivität aufweist als in einem Randbereich (612).
8. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
bei dem die Umlenkfläche zumindest bereichsweise gekrümmt ausgebildet ist.
9. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach
der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem der Wellenleiter zumindest einen Teilbereich
aufweist, in dem der Wellenleiter gekrümmt verläuft.
10. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Auskoppelfläche mittels einer den
Halbleiterkörper in lateraler Richtung begrenzenden
Seitenfläche (45) gebildet ist.
11. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
bei dem die Auskoppelfläche schräg zu der Spiegelfläche verläuft.
12. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem in das Halbleiterbauelement ein Strahlungsempfänger (8) mit einem zur Signalerzeugung vorgesehenen aktiven
Bereich integriert ist.
13. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
bei dem in das Halbleiterbauelement ein
Strahlungsempfänger (8) mit einem zur Signalerzeugung vorgesehenen aktiven Bereich integriert ist, wobei der
Strahlungsempfänger im Bereich der Umlenkfläche angeordnet ist und/oder bei dem der Wellenleiter zumindest einen
Teilbereich aufweist, in dem der Wellenleiter gekrümmt verläuft und der Strahlungsempfänger so angeordnet ist, dass der Wellenleiter im Bereich des Strahlungsempfängers vom Strahlungsempfänger weg gekrümmt verläuft.
14. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die vom Halbleiterbauelement abgestrahlte Strahlung eine volle spektrale Halbwertsbreite von mindestens 2 nm aufweist .
15. Verwendung eines Strahlungsemittierendes
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Strahlungsquelle in einem Projektor.
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