WO2023083709A1 - Bauelement mit integrierter konverterschicht und verfahren zur herstellung eines bauelements - Google Patents

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vertical
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depression
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Alfred Lell
Christoph Eichler
Sven GERHARD
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Ams-Osram International Gmbh
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Definitions

  • a component in particular a component with at least one integrated converter layer, is specified. Furthermore, a method for producing a component or a plurality of components is specified.
  • Light-emitting components with converter layers represent highly interesting light sources that are becoming increasingly important in projection applications, augmented/virtual reality applications or in applications in general lighting.
  • a major disadvantage is that a laser converter solution is associated with many complex processing steps, including adjustment processes on individual semiconductor chips. This limits the manufacturing capacity and often results in higher manufacturing costs compared to LED solutions, for example.
  • the light-emitting diodes exhibit so-called efficiency droop at increased power levels and are generally not particularly suitable, for example, for applications in the horticultural sector (horticulture) or for projection applications.
  • the component has at least one converter layer.
  • the converter layer has converter material that is set up to convert short-wave radiation into long-wave radiation, for example electromagnetic radiation with a peak wavelength in the ultraviolet or blue spectral range into electromagnetic radiation with a peak wavelength in the green, yellow or red spectral range.
  • the converter material can be luminescent materials or phosphors have, for example, in a matrix material, such as silicon, glass, AIN, or fSONen in diamond-like carbon, sapphire or SiC, are embedded.
  • the semiconductor body has at least one vertical depression.
  • the vertical indentation is in particular a recess in the semiconductor body.
  • a side wall of the recess is formed by a vertically extending facet of the active area.
  • the side wall of the depression or the vertically extending facet of the active area can be designed as a radiation passage area of the active area.
  • the side wall of the depression, which is designed as a radiation passage area of the active area is oriented transversely or perpendicularly to the active zone of the active area.
  • the electromagnetic radiation generated by the active zone thus enters the vertical depression along a lateral direction through a side surface of the active region.
  • the active region is a portion of an edge emitter, such as a local edge emitter, for example a main body of a laser.
  • a vertical direction is understood to mean a direction which is directed in particular perpendicularly to a main extension area of the semiconductor body or the active zone of the active region of the semiconductor body.
  • a lateral direction is understood as meaning a direction that runs in particular parallel to the main extension surface.
  • the vertical direction and the lateral direction are orthogonal to each other.
  • the radiation passage area of the active region differs in particular from a radiation exit area of the component at which electromagnetic radiation, for example the electromagnetic radiation converted by the converter layer, is coupled out of the component. It is possible for the radiation exit surface to be formed in some areas by an upper side of the component. In this sense, the component can be viewed as a light source with local surface emitters.
  • the radiation exit area(s) of the component and the radiation passage area(s) of the active region are directed transversely, in particular perpendicularly, to one another. Furthermore, it is possible for the radiation exit surface to be formed in some areas by a side surface of the component. In this case, the radiation exit area of the component and the radiation exit area of the active region can run parallel to one another.
  • the converter layer covers the vertical depression of the semiconductor body in a plan view or at least partially or completely fills it up. If the converter material of the converter layer is located within the recess, at least part of the radiation emitted by the active zone can be absorbed and converted by the converter material before the converted electromagnetic radiation enters the recess, for example at an upper opening of the recess or on a side wall of the recess leaves . If the converter layer is located outside of the vertical depression, for example directly at the top opening of the depression, the electromagnetic radiation coupled into the depression can be deflected in the direction of the top opening.
  • deflection structures In both cases, it is possible for deflection structures to be formed or arranged in the vertical depression, which are set up to deflect, in particular to reflect, electromagnetic radiation in the direction of the upper opening of the vertical depression. It is also possible for the converter layer to be located inside and outside of the depression in some areas.
  • the semiconductor body has a single active area or a plurality of active areas.
  • the active regions can each adjoin at least one vertical indentation or exactly two vertical indentations.
  • the active regions can each be arranged along a lateral direction, for example directly between two vertical depressions.
  • the depressions can have side walls which are formed at least in regions by side faces or by facets of the active regions adjoining the depressions.
  • the active area or the active areas is/are embodied as local vertical elevation(s) of the semiconductor body.
  • a plurality of active regions can adjoin a common vertical depression in the semiconductor body.
  • the common vertical depression of the semiconductor body can laterally surround, in particular completely surround, the active regions in a plan view.
  • the vertical indentation(s) can be embodied as local indentation(s), for example as local cavity(ies) in the semiconductor body. are in top view such local depressions are spatially separated from one another along lateral directions.
  • the active areas can be embodied as continuous areas or as local elevations of the semiconductor body.
  • the component is often only described below in connection with an active region of the semiconductor body, with a vertical depression in the semiconductor body and/or with a converter layer.
  • the component can have a semiconductor body with a plurality of active regions and/or a plurality of vertical depressions and a plurality of converter layers, so that features that are described in connection with an active region or with a vertical depression or with a converter layer also apply to the plurality of active regions and/or for the plurality of vertical depressions or for the plurality of converter layers can be used if these features are not explicitly disclosed otherwise.
  • the latter has a semiconductor body and at least one converter layer, the semiconductor body having at least one active region with an active zone that is set up for generating electromagnetic radiation.
  • the semiconductor body has at least one vertical indentation, a side wall of the indentation being formed by a vertically extending facet of the active region, which is designed as a radiation passage area of the active region.
  • the converter layer covers the depression or at least partially fills it.
  • the vertical indentation can be produced in a simplified manner using tried and tested methods with regard to facet etching, in particular at the wafer level, that is to say in the wafer assembly.
  • the converter layer can be applied to the semiconductor body in a self-adjusting manner in relation to the predefined position of the vertical depression, in particular also at the wafer level, namely before the component or the wafer assembly is singulated.
  • the component thus already has an integrated converter layer at a predefined position before it is singulated.
  • the component with the converter layer has a monolithic design.
  • the active area can be set up to generate electromagnetic laser radiation. In this way, a monolithic and self-adjusting laser converter solution based on an innovative facet etching technology that has been extremely successful in current tests can be implemented, which saves many handling steps on individual components, e.g inexpensive laser converter unit can be provided.
  • the converter layer can be monolithic and self-aligning to the active area of the semiconductor body, for example to a laser of the component formed by the active area, in a facet etching trench or applied to an upper opening of the vertical depression, in particular to the facet etching trench, before the Component or the laser wafer is isolated.
  • the converter layer can thus be arranged particularly close to the facets, as a result of which the highest luminance levels can be generated.
  • the component can have a plurality of active regions and/or a plurality of vertical depressions.
  • the active areas and/or the vertical depressions can be arranged in rows, columns, honeycombs or in a matrix.
  • the component can have a plurality of converter layers which are located in the depressions or on the depressions.
  • the component can be a monolithic laser converter unit, which has light sources arranged in rows, columns or two-dimensionally, for example in a matrix or honeycomb arrangement.
  • the converter layers can have different material compositions and/or different phosphors, so that the component can have light sources of different colors.
  • the active regions of the semiconductor body may be constructed in the same way.
  • the active regions may be based on the same compound semiconductor material, such as the same II-V or II-VI compound semiconductor material, such as GaN.
  • the semiconductor body can be designed to be continuous.
  • the active areas can be set up to generate electromagnetic radiation of the same peak wavelength.
  • various converter layers are set up to convert electromagnetic radiation of the same peak wavelength into electromagnetic radiation of different peak wavelengths.
  • the component described here can therefore be a highly ef fi cient laser converter unit, such as a monolithic laser converter unit in which the Manufacturing process chain as possible without many handling steps on individual components, for example on individual individual laser chips, can do.
  • the active region has a laser ridge.
  • the laser ridge can be a so-called rig area.
  • electromagnetic radiation is generated essentially exclusively below the laser ridge, ie essentially exclusively in the region of overlap with the laser ridge.
  • the active zone of the active area is defined by the position and geometry of the laser ridge.
  • the active zone of the active area can thus include regions of the active area or in particular be formed exclusively from regions of the active area in which electromagnetic radiation is actually generated during operation of the component.
  • Areas of the laser ridge can be formed by a vertically raised partial area of the active area.
  • the vertically raised partial area has a smaller width than the entire active area.
  • the laser bar is in the form of a strip.
  • the laser bar can also be a laser stripe.
  • the laser bar or the laser stripe can be index-guided or gain-guided.
  • the vertically elevated portion or the laser ridge may have a cladding layer.
  • the laser ridge can have a connection layer, with the cladding layer being arranged along the vertical direction between the connection layer and the active zone of the active area.
  • a lateral width of the laser ridge is defined by a lateral width of the connection layer and/or the cladding layer.
  • the connection layer is set up, for example, for local current injection into the active zone.
  • the active zone of the active area can be part of a larger active layer sequence of the active area or of the semiconductor body.
  • Different active zones of different active regions can be formed by different partial layer sequences of a common active layer sequence of the semiconductor body.
  • the position and the geometry of the active zones of different active regions can be defined by targeted local current imprinting in the various partial layer sequences of the common active layer sequence, ie essentially by the geometry of the laser ridge or the connection layer or the cladding layer.
  • the component has a plurality of vertical depressions and a plurality of active areas, the active areas being arranged in an array-like or matrix-like manner.
  • the active areas can each be arranged along a lateral direction between two vertical depressions.
  • the active areas can each have a laser ridge.
  • the laser ridges of the active areas can be directed parallel to one another. It is possible for the semiconductor body to be effectively divided into a plurality of active regions by the arrangement of the laser ridges, with the active regions directly adjoining one another.
  • the component can have one, in particular a single, row or column have of active areas.
  • the component is designed, for example, in the form of a laser bar.
  • the component can have a number of rows and a number of columns of active areas, it being possible for the number of rows and the number of columns to be identical or different.
  • the orientation of the rows and the orientation of the columns can be orthogonal to each other or form an angle other than 90°. Such an angle can be 30°, 45° or 60°. In this way, different arrangements of pixels, which are formed in particular by different active regions of the semiconductor body, can be achieved.
  • the active regions can have the same size and/or the same geometry or different sizes and/or different geometry.
  • the latter has a plurality of active regions, the active regions each having an active zone and each being embodied as a local, vertically elevated partial region of the semiconductor body.
  • the vertical indentation can be designed as a common indentation.
  • the vertical depression can laterally surround the active regions.
  • the common depression can be at least partially filled by the converter layer.
  • the active areas of the semiconductor body can be sub-areas of different laser units, such as active ones Form the main body of different microlasers of the component.
  • the active regions are each designed as an active main body of a microlaser.
  • the microlasers are thus integrated components of the component.
  • the active regions each have an inner vertical depression, with the inner vertical depressions each being filled with a converter material.
  • the component has a plurality of active regions, the vertical depression being designed as an inner, common vertical depression and being laterally surrounded by the active regions in a plan view.
  • the inner common vertical recess has sidewalls formed by vertically extending facets of the surrounding active areas.
  • the inner common vertical depression has an inner reflective structure.
  • the inner reflective structure is centered in the inner common vertical recess.
  • the inner common vertical depression has exactly three or exactly six side walls adjoining one another, which are formed in particular by the facets of the surrounding active regions.
  • a monolithic combination of a 3-sided or 6-sided irradiated converters with integrated lasers can thus be achieved.
  • the facets are m-faces.
  • the side walls, in particular all side walls of the vertical depression can each run parallel to an m-face of a hexagonal-wurtzitic crystal structure of the semiconductor material.
  • c-direction i.e. the ⁇ 0001> direction
  • a direction i.e. the ⁇ -2110> direction
  • the m direction i.e. the ⁇ l-100> direction.
  • the notation ⁇ hkil> designates all directions that are symmetrically equivalent to the vector [hkil].
  • the m-direction is correspondingly perpendicular to an m-face of the crystal structure. In other words, the m-surface runs perpendicular to the corresponding m-direction.
  • Symmetrically equivalent directions or symmetrically equivalent faces can be obtained in the hexagonal crystal system by permutation of the first three indices in [hkil] or (hkil).
  • the group of symmetrically equivalent m-faces can be given by the notation ⁇ 1-100 ⁇ .
  • An m-face can be a (1-100), (10-10), (-1010), (-1100), (01-10), or a ( 0-110 ) face.
  • the vertical depression can have a lateral outline in the form of a hexagon with all internal angles, for example in a plan view of a c-surface of the semiconductor body of 120°, such as a regular hexagon, an equilateral triangle or a trapezium or parallelogram with at least one interior angles of 60° or 120°, such as a rhombus with an acute interior angle of 60°, or an isosceles trapezium, for example, with an interior angle of 60° or 120°.
  • the triangle, hexagon, trapezoid, parallelogram, or rhombus can have only interior angles that are 60° and/or 120°.
  • the hexagon with all interior angles of 120° may have two sides or edges of different lengths that are adjacent to each other.
  • a regular hexagon has all sides or edges of equal length.
  • the vertical indentation can have a lateral cross section of any desired geometry, for example in the form of a circle, a polygon, for example a triangle, quadrilateral, in particular a rectangle.
  • At least one side wall of the depression is formed by an m-surface.
  • a vertically extending facet of the active area such as the radiation passage area, is formed by an m-area.
  • the facet of the active area forms a side wall of the vertical recess. It is possible that at least or exactly two, at least or exactly three or all side walls of the depression are each formed by an m-surface.
  • the semiconductor body is based on a hexagonal-wurtzitic crystal material, in particular on a nitride compound semiconductor material.
  • the semiconductor layers of the semiconductor body can be formed from GaN, InGaN, AlGaN and/or AlInGaN, for example.
  • Gallium nitride crystallizes in the hexagonal wurtzite structure and is a hexagonal wurtzite crystal.
  • the component has a plurality of internal common vertical depressions.
  • the inner common vertical depressions can in each case be surrounded laterally by the adjacent active regions in a plan view.
  • the active region or the plurality of active regions is set up to generate coherent electromagnetic radiation.
  • the radiation passage area is an etched laser facet.
  • the component can be a laser arrangement.
  • the device includes a plurality of integrated laser bodies. The laser bodies can be formed by the active regions of the semiconductor body.
  • the depression extends along the vertical direction through the active zone, the component being set up during operation to direct the electromagnetic radiation generated by the active zone along the lateral direction through the radiation passage area into the depression to emit into .
  • the active region has a laser ridge which runs transversely to the facet of the active region in a plan view of the semiconductor body.
  • the laser ridge is set up to guide electromagnetic radiation generated during operation of the component into the vertical depression.
  • the Laser ridge on a connection layer or a cladding layer that is adapted to the geometry of the laser ridge.
  • the geometry of the laser ridge such as the cross-section of the laser ridge, defines the geometry of the underlying active zone where electromagnetic radiation is actually generated during operation of the device.
  • the semiconductor body has at least one further vertical depression.
  • a first partial area of an optical resonator is arranged in the vertical recess, for example on the surface of the active area through which radiation can pass.
  • a second partial area of the optical resonator can be arranged in the further vertical depression.
  • the active zone extends along the lateral direction between the first partial area of the optical resonator and the second partial area of the optical resonator.
  • the first sub-area of the optical resonator and the second sub-area of the optical resonator have the same reflectivity, approximately the same degree of reflection for the electromagnetic radiation generated in the active zone. Notwithstanding this, it is possible for the first partial area of the optical resonator and the second partial area of the optical resonator to have different reflectivities, that is to say different degrees of reflection.
  • the active zone or the associated laser ridge is thus located along the lateral direction between the vertical depression and the further vertical depression.
  • the resonator has the same type on both sides of the active zone degrees of reflection, electromagnetic radiation can be coupled into the two opposing depressions. If the resonator has different degrees of reflection on both sides of the active zone, it is possible for electromagnetic radiation to be coupled into only one of the two opposite depressions.
  • the first partial area of the optical resonator and the second partial area of the optical resonator are designed to be electrically insulating.
  • a bottom surface of the vertical depression is provided with a mirror layer.
  • the mirror layer can be a partial area of the optical resonator or a further metallic or dielectric mirror layer which differs from the optical resonator, for example with regard to the material composition or layer thickness.
  • a deflection structure can be formed in the vertical depression.
  • the deflection structure can be a structured partial area of the semiconductor body or a radiation-reflecting structure.
  • At least one of the following layers is arranged in the depression: a bandpass filter layer, a passivation layer and a thermally conductive layer.
  • a semiconductor body In at least one embodiment of a method for producing a component with a semiconductor body and at least one converter layer, a semiconductor body is provided.
  • the semiconductor body has an active layer sequence on .
  • At least one vertical depression or a plurality of vertical depressions is formed in the semiconductor body, so that the vertical depression or the plurality of vertical depressions extends through the active layer sequence.
  • the semiconductor body has at least one active region with an active zone, the active zone being a partial region of the active layer sequence.
  • a side wall of the recess is formed by a vertically extending facet of the active area, which is designed as a radiation passage area of the active area.
  • At least one converter layer is applied to the vertical depression, or the vertical depression is filled with a converter material to form the converter layer.
  • the vertical depression or the plurality of vertical depressions is formed by an etching process, such as facet etching.
  • etching process such as facet etching.
  • the method described here is particularly suitable for the production of a component described here.
  • the features described in connection with the component can therefore also be used for the method and vice versa.
  • converter layers can already be applied in the process described here Wafer assembly are applied to the laser wafer by the laser components or the active areas of the semiconductor body are facet coated, for example, or converter plates are attached to the vertical wells. After separation, it is no longer necessary to fix converter layers or converter plates adjusted to the optical beam path.
  • a monolithic, self-adjusting laser converter solution can be implemented.
  • many handling steps for individual components can be saved and cost-effective laser converter units can be provided.
  • a cellular, columnar, matrix-like or honeycomb arrangement of surface emitters can be produced.
  • FIGS. 1A and 1B show schematic representations of an exemplary embodiment of a component in a top view and in a sectional view
  • FIGS. 2A, 2B, 2C, 3A, 3B, 3C, 4A, 4B, 4C, 4D, 5A, 5B and 5C are schematic representations of further exemplary embodiments of a component, each in a sectional view,
  • FIGS. 6A and 6B show schematic representations of a further exemplary embodiment of a component, each in plan view
  • FIGS. 7A, 7B, 7C, 8A, 8B, 9A and 9B are schematic representations of further exemplary embodiments of a component, each in a top view, which can be separated into smaller components,
  • Figures 10A, 10B, I OC, 10D, 10E, 10F, 10G, 10H, 11A, 11B and 11C are schematic representations of further exemplary embodiments of a component, each in plan view, which comprises a plurality of microlasers,
  • FIGS. 12A, 12B, 12C, 12D and 12E show schematic representations of further exemplary embodiments of a component, in particular with a hexagonal recess, each in plan view, and
  • FIG. 13 schematic representation of a depression in the form of a hexagon.
  • FIG. 1 shows a component 10 in a plan view of its upper side 10T.
  • the device 10 has a semiconductor body 2 with a plurality of vertical depressions 2V on .
  • the vertical depressions 2V are in particular local recesses in the semiconductor body 2 .
  • the depressions 2V are arranged in a matrix-like manner, ie arranged in rows and columns.
  • connection layer 71 is arranged on the active region 20 .
  • the connection layer 71 is arranged along the vertical direction between the active area 20 and the contact layer 7 .
  • the connection layer 71 is directly adjacent to the active area 20 .
  • the contact layer 7 does not directly adjoin the active region 20 .
  • electrical charge carriers from the contact layer 7 can be impressed into the active region 20 exclusively via the connection layer 71 .
  • the active region 20 can have a ridge 20R, in particular a laser ridge 20R.
  • the laser ridge 20R forms a so-called ridge area of the active area 20 .
  • the geometry of the connection layer 71 or of the laser ridge 20R can be used to define in which region of the active area electromagnetic radiation is generated.
  • Laser ridge 20R may be a vertically elevated portion of active area 20 .
  • the laser ridge 20R includes an active region 20 cladding layer.
  • the connection layer 71 can only be on the web 20R or may be formed on the laser ridge 20R.
  • the geometry of the connection layer 71 or the laser ridge 20 R defines the geometry of an underlying active zone 23 of the active region 20 in which electromagnetic radiation is actually generated during operation of the device 10 .
  • a main part of the electromagnetic radiation is generated only in an overlapping region with the laser ridge 20R or with the connection layer 71 .
  • such an active zone 23 is in the form of a strip, it being possible for the geometry of the active zone 23 to be defined by the geometry of the connection layer 71 or of the laser ridge 20R.
  • the active zone 23 is arranged between two vertical depressions 2V. The active zone 23 thus extends along a lateral direction from one vertical depression 2V to another vertical depression 2V.
  • Partial regions 41 and 42 of an optical resonator 4 can be arranged in the depressions 2V.
  • a first portion 41 of the resonator 4 is arranged in a first vertical recess 2V and a second portion 42 of the resonator 4 is arranged in an adjacent vertical recess 2V, with the active Area 20 or the active zone 23 is located along the vertical direction between the first portion 41 and the second portion 42 of the resonator 4 .
  • Electromagnetic radiation, in particular laser radiation, generated by the active zone 23 can be coupled into one of the two adjacent depressions 2V or into both adjacent depressions 2V.
  • the depression 2V or the plurality of depressions 2V can be partially or completely filled with converter material of a converter layer 3 . This is shown schematically in FIG. 1C, for example.
  • the converter layer 3 it is possible for the converter layer 3 to be attached to the depression 2V. In this case, the converter layer 3 can completely cover the recess 2V in plan view. This is shown schematically in FIG. ID,
  • the component 10 shown in FIG. 1A has a plurality of active regions 20 each with an active zone 23 .
  • the positions of the active zones 23 are predetermined by the positions of the plurality of laser ridges 20R.
  • the active areas 20 can directly adjoin one another. Since the laser ridges 20R are spatially separated from one another, the active zones 23 or the active regions 20 can be electrically activated independently of one another.
  • a contact layer 7 or a connection layer 71 is uniquely assigned to each laser ridge 20R.
  • the active regions 20 it is possible for the active regions 20 to be in the form of local elevations in the semiconductor body 2 . In this sense, the active regions 20 can be spaced apart from one another in lateral directions.
  • the component 10 shown in FIG. 1A can be a laser wafer or a composite wafer 10, which is divided into smaller ones Units, for example, can be separated into smaller components 10 .
  • FIG. 1B shows a sectional view of the component 10 shown in FIG. 1A along the section line AB, with the active region 20 being shown separately.
  • the active region 20 has a first semiconductor layer 21 , a second semiconductor layer 22 and an active zone 23 arranged between the first semiconductor layer 21 and the second semiconductor layer 22 .
  • the first semiconductor layer 21, the second semiconductor layer 22 and the active zone 23 can each have a plurality of partial layers arranged one above the other.
  • the active zone 23 is a pn junction zone.
  • the first semiconductor layer 21 and the second semiconductor layer 22 are p-type and n-conducting, or vice versa.
  • the first semiconductor layer 21 can have a laser ridge 20R which faces away from the active zone 23 and the connection layer 71 .
  • a geometry of the connection layer 71 is adapted to the geometry of the laser ridge 20R.
  • the connection layer 71 is arranged along the vertical direction between the contact layer 7 and the semiconductor layer 21 . In a top view, the connection layer 71 can be partially or completely covered by the contact layer 7 .
  • the connection layer 71 is a metal layer.
  • a geometry of the connection layer 71 can therefore define the geometry of the active zone 23 of the active region 20 .
  • the active region 23 has, for example, a single or a multiple quantum well structure.
  • the active zone 23 can have a plurality of successive quantum well layers and quantum barrier layers. In particular, each quantum well layer is arranged between two quantum barrier layers assigned to it.
  • the active zone 23 can be part of a larger active layer sequence 23S of the active region 20 or of the semiconductor body 2, with an overlapping region between the larger active layer sequence 23S and the laser ridge 20R defining the dimension or the geometry of the active zone 23.
  • the electromagnetic radiation S is generated in the active zone 23 and can be coupled into the vertical depression 2V at a facet 20F of the active region 20 .
  • the facet 20F is at the same time a side wall of the vertical depression 2V and thus forms a radiation passage area 20S of the active region 3 .
  • electromagnetic radiation S can be coupled into two opposite depressions 2V at one facet 20F of the active region 3, depending on the structure of the optical resonator 4 with two partial regions 41 and 42 .
  • a one-sided or a two-sided emission is thus possible.
  • the depressions 2V are filled with a converter material of the converter layer 3 . Deviating from this, it is possible that the depressions 2V are each covered with a converter layer 3, for example in the form of a small converter plate (FIG. ID).
  • a lower mirror layer 40 may be arranged on a bottom surface of the recess 2V. The lower mirror layer 40 can be part of the optical resonator 4 or another lower mirror layer 4B.
  • an inner reflecting structure 41 is arranged on the bottom surface of the depression 2V. Furthermore, it is possible for the bottom surface and/or the side wall of the recess 2V to be/is provided with a thermally conductive layer 60 and/or a passivation layer 61 . The side wall of the recess 2V or facet 20F of active region 20 may be provided with a bandpass filter layer 62 .
  • a plurality of active regions 20, in particular all active regions 20, can share a common second semiconductor layer 22 or a common second semiconductor layer sequence 22.
  • the active areas 20 are designed to be continuous. It is also possible for the active regions 20 to have a common, contiguous first semiconductor layer 21 and/or a common, contiguous active layer sequence 23S of the semiconductor body 2 .
  • the active regions 20 can be designed in each case as an individual vertically elevated subregion of the semiconductor body 2 .
  • the active regions 20 can each have a single first semiconductor layer 21 and a single active layer sequence 23S with the active zone 23 .
  • an individual laser ridge 20R and/or an individual connection layer 71 can be uniquely assigned to each active area 3 .
  • the semiconductor body 2 can have a lower region 2B, which has a lower waveguide layer and/or a lower cladding layer, for example.
  • the waveguide layer can be embodied as a common lower waveguide layer for all active regions 20 .
  • the lower cladding layer can be embodied as a common lower cladding layer for all active areas 20 .
  • Each of the active regions 20 may have an upper single cladding layer uniquely associated with the active region 20 and disposed, for example, in the associated laser ridge 20R.
  • the component 10 has a common carrier 9 .
  • the common carrier 9 can be a growth substrate or different from a growth substrate.
  • the semiconductor body 2 is arranged on the common carrier 9 .
  • the component 10 has a further contact layer 8 on an underside 10B of the component 10 .
  • the underside 10B can be formed in some areas by the surface of the further contact layer 8 .
  • the further contact layer 8 is set up for making electrical contact with the second semiconductor layer 22 .
  • the carrier 9 is arranged along the vertical direction between the semiconductor body 2 and the further contact layer 8 . If the carrier 9 is not electrically conductive, vias can be produced through the carrier 9 .
  • the contact layer 7 and the further contact layer 8 can be arranged on the same side of the component 10.
  • the contact layer 7 and the further contact layer 8 can be drawn onto the underside 10B using via-hole technology, for example.
  • the further contact layer 8 can be arranged on the upper side 10T, with vias being formed, for example through the first semiconductor layer 21 and the active layer sequence 23S, into the second semiconductor layer 22 for electrically contacting the second semiconductor layer 22.
  • the active regions 20, which each form a main body 20H of a laser are arranged on a CMOS structure, for example on a Si-CMOS structure, the CMOS structure comprising the main body 20H of the Control lasers individually, which can realize a pixelated laser-based light source.
  • the component 10 has at least one further mirror layer 81 or a plurality of further mirror layers 81 which is/are arranged in regions between the further contact layer 8 and the semiconductor body 2 .
  • the further mirror layer 81 can have openings through which the further contact layer 8 extends.
  • the further mirror layer 81 or the further mirror layers 81 can cover, approximately completely, the vertical depression 2V, in particular all vertical depressions 2V. If electromagnetic radiation passes through a bottom surface of the vertical depression 2V in the direction of the underside 10B, the electromagnetic radiation can be reflected in the direction of the upper side 10T of the component 10.
  • the further mirror layer 81 or the further mirror layers 81 may partially or completely cover the active zone 23 , in particular all active zones 23 , in a plan view of the underside 10B.
  • Figures IC and ID show a possible embodiment of the vertical depression 2V.
  • a deflection structure 5 is arranged or formed in the recess 2V.
  • the deflection structure 5 is set up to deflect electromagnetic radiation in the direction of the upper side 10A of the component 10 .
  • the deflection structure 5 is a deflection prism or has the shape of a deflection prism.
  • the deflection structure 5 can be a local structure of the semiconductor body 2 . Alternatively, it is possible for the deflection structure 5 to be different from a semiconductor material.
  • the deflection structure 5 can have a mirror coating.
  • the vertical depression 2V is partially or completely filled with a converter material of the converter layer 3 .
  • the vertical depression 2V is covered, in particular completely covered, by the converter layer 3 in a plan view.
  • the converter layer 3 does not extend into the depression 2V.
  • the converter layer 3 can be a converter platelet.
  • the depression 2V can be filled with air or with a solid material which is in particular different from a converter material.
  • the exemplary embodiment of a component 10 illustrated in FIG. 2A can be a detail of the exemplary embodiment of a component 10 illustrated in FIGS. 1A and 1B.
  • the depressions 2V can be completely filled with a material of the converter layer 3.
  • the etched laser facets 20F open up new possibilities for realizing semiconductor light sources in combination with converters by converting material already at the wafer level, ie. H . in the wafer composite, cost-effective and can be applied particularly close to the facets on the laser facets 20F.
  • the exemplary embodiment of a component 10 illustrated in FIG. 2B essentially corresponds to the exemplary embodiment of a component 10 illustrated in FIG. 2A.
  • the depressions 2V are not completely filled with converter material of the converter layer 3 .
  • the exemplary embodiment of a component 10 illustrated in FIG. 2C essentially corresponds to the exemplary embodiment of a component 10 illustrated in FIG. 2B.
  • the side walls of the depressions 2V are mirrored, for example mirror-coated.
  • the mirror layers on the side walls of the depressions 2V can form optical resonators 4, in particular laser resonators.
  • FIG. 2C shows schematically that a first partial area 41 and a second partial area 42 of a common resonator 4 are arranged in two adjacent depressions 2V.
  • a first partial area 41 and a second partial area 42 of different resonators 4 are arranged in a recess 2V.
  • the active zone 23 of the active area 20 extends along the vertical direction between a first partial area 42 and a second partial area 42 of a common resonator 4 .
  • the partial regions 41 and 42 are each arranged along the lateral direction between the active region 20 and the converter layer 3 .
  • the partial regions 41 and 42 can be different mirror layers or mirror layers of the same type, in particular with regard to the material composition and/or the reflectivity.
  • the partial areas 41 are formed from anti-reflection coatings (AR mirror coating) and the partial areas 42 are formed from highly reflective coatings (HR mirror coating), or vice versa.
  • FIG. 2C shows an exemplary embodiment with different mirror layers, for example with AR mirroring and HR mirroring on both laser facets.
  • the partial areas 41 and 42 differ in terms of reflectivity by at least 3%, 5%, 10% or 15%, for example between 3% and 30% inclusive.
  • the reflectivity of an HR mirror coating is greater than or equal to 80%, 90% or greater than or equal to 95%, for example between 80% and 97% inclusive, between 85% and 95% inclusive, or between inclusive 90% and 95%.
  • the reflectivity of an AR mirror coating can be between 10% and 70% inclusive, between 20% and 70% inclusive, between 30% and 70% inclusive.
  • the partial areas 41 and 42 can differ in terms of reflectivity by at least 10%, 20%, 30%, 60%, for example between 10% and 70% inclusive, between 20% and 60% inclusive or between 30% inclusive % and 50 % differ from each other .
  • Laser facets 20F mirror layers can be applied before filling with converter material. Facets 20F may be coated similarly or differently to provide similar or different properties to achieve the reflectivity. In order to minimize back reflections into the laser resonator, a bandpass filter 62 with a transmission window for the laser radiation can be deposited on the facet 20F.
  • FIG. 3A The exemplary embodiment of a component 10 illustrated in FIG. 3A essentially corresponds to the exemplary embodiment of a component 10 illustrated in FIG. 2C.
  • FIG. 3A shows an exemplary embodiment with the same mirror layers on both laser facets 20F.
  • the partial areas 41 and 42 are designed in the same way.
  • the exemplary embodiment of a component 10 illustrated in FIG. 3B essentially corresponds to the exemplary embodiment of a component 10 illustrated in FIG. 3A.
  • the partial areas 41 and 42 are designed to be contiguous in the same vertical depression 2V.
  • a lower mirror layer 40 or a lower partial area 40 of the optical resonator 4 is arranged on a bottom surface of the vertical depression 2V.
  • the partial regions 40 , 41 and 42 can be formed from the same material, in particular from a dielectric material, and can have identical properties with regard to reflectivity.
  • the sections 40 , 41 and 42 can be produced during a common method step.
  • a conformal coating of both facets 20F can be realized simultaneously according to FIG. B. via ALD coating, CVD, etc .
  • the reflectivity can be identical on both facets 20F, and can be 40%, 50%, 60%. If the coating also includes a bottom surface of the recess 2V, i . e. the facet recess, covered, it has an advantageous effect, also to couple the light upwards. In addition, an electrical passivation of the depressions 2V and/or the facets 20F can be achieved by the mirror coating.
  • the exemplary embodiment of a component 10 illustrated in FIG. 3C essentially corresponds to the exemplary embodiment of a component 10 illustrated in FIG. 3B.
  • the partial areas 41 and 42 extend to the upper side 10A of the component 10 and protrude laterally beyond the facets 20F from the depressions 2V.
  • the partial areas 41 and 42 border directly on the contact layers 7, for example, and in this case also serve as insulating layers.
  • FIGS. 4A, 4B, 4C and 4D essentially correspond to the exemplary embodiment of a component 10 illustrated in FIG. 2A.
  • a thermally conductive layer 60 is arranged in the respective depression 2V.
  • the thermally conductive layer 60 borders, for example, directly or indirectly on the converter layer 3 .
  • the converter layer 3 can be combined with the laser by the thermally conductive layer 60, for example in the form of a thermally conductive coating or in platelet form, with the thermally conductive layer 60 or the converter layer 3 in platelet form not only having the function of cooling the converter but also protecting the converter material from moisture - and environmental influences.
  • the thermally conductive layer 60 is therefore preferably formed from a material which is transparent to radiation, for example glass, sapphire or AlN.
  • the recesses 2V are partially filled with the material of the converter layer 3.
  • the thermally conductive layer 60 is arranged in the respective depression 2V, with the thermally conductive layer 60 covering the converter layer 3 in particular completely in a plan view.
  • the thermally conductive layer 60 is only arranged on an upper side of the converter layer 3 .
  • the upper side 10T of the component 10 can be formed in some areas by a surface of the thermally conductive layer 60 .
  • the thermally conductive layer 60 according to FIG. 4B extends along the vertical direction through the converter layer 3.
  • the thermally conductive layer 60 is additionally arranged on an underside of the converter layer 3 .
  • the thermally conductive layer 60 according to FIG. 4D is additionally on the side surfaces of the converter layer 3 or located at the facets 20F. According to FIG. 4D, the converter layer 3 is surrounded on all sides by the thermally conductive layer 60 .
  • the separating lines T can run along the thermally conductive layer 60 .
  • the thermally conductive layer 60 is located in regions in the separating region, so that the converter layer 3 is protected during the singulation of the wafer assembly 10 and also after the singulation.
  • the dividing lines T are shown schematically in FIG. 4B.
  • the exemplary embodiments of a component 10 illustrated in FIGS. 5A, 5B and 5C essentially correspond to the exemplary embodiment of a component 10 illustrated in FIG. 2A or 3C.
  • the depressions 2V can be provided with a further lower metallic or dielectric mirror layer 4B or combinations thereof in order to improve the coupling out of light.
  • the further mirror layer 4B can be arranged below or above the lower mirror layer 40 .
  • the further mirror layer 4B is arranged between the converter layer 3 and the lower mirror layer 40 .
  • the lower mirror layer 40 is arranged between the converter layer 3 and the further mirror layer 4B.
  • the additional mirror layer 4B can be U-shaped or structured in a sectional view.
  • the further mirror layer 4B can extend along the vertical direction to a point just below the active zone 23 .
  • the converter layer 3 along the vertical direction is essentially flush with the contact layer 7 (compare Figure 5A), protrudes beyond the contact layer 7 (compare Figure 5B) or only partially fills the depression 2V and thus does not extend to the contact layer 7 (compare FIG. 5C).
  • the converter layer 3 can also be provided with scattering particles or reflection particles.
  • the Converter layer 3 is also partially located outside of the associated depression 2V in plan view. Along the lateral direction(s), the converter layer(s) 3 can protrude laterally beyond the side walls of the recess(es) 2V.
  • the exemplary embodiment of a component 10 illustrated in FIG. 6A essentially corresponds to the exemplary embodiment of a component 10 illustrated in FIG. 1A. While the depressions 2V according to FIG. 1A have essentially the same cross sections, the depressions 2V according to FIG. 6A have cross sections of different sizes.
  • the depressions 2V according to FIG. 1A are spatially spaced apart from one another along lateral directions. In FIG. 6A, the indentations 2V can directly adjoin one another. Deviating from this, it is also possible for the depressions 2V of different sizes to be laterally spaced apart from one another.
  • the exemplary embodiment of a component 10 illustrated in FIG. 6B essentially corresponds to the exemplary embodiment of a component 10 illustrated in FIG. 1A.
  • deflection structures 5 for example in the form of deflection prisms, are shown schematically in the depressions 2V.
  • the converter layer 3 can completely cover the associated deflection structure 5 .
  • the converter layer 3 can have a surface that conforms to the surface of the deflection structure 5 .
  • FIG. 7A shows schematically that the component 10 or the wafer assembly 10 can be singulated along the dividing lines T into smaller units, for example into smaller components 10 .
  • the dividing lines T are, for example, between the contact layers 7 and between the depressions 2V. In addition, it is possible that the Separating lines T run through the depressions 2V.
  • the isolated components 10 illustrated in FIGS. 7B and 7C can be short laser bars with at least two emitters or laser bars with a plurality of emitters or active regions 20 arranged in a row or in a column.
  • FIG. 7A shows a laser converter unit arranged in a matrix-like manner.
  • FIG. 7B shows a laser converter unit arranged in parallel.
  • FIG. 7C shows a linearly arranged laser converter unit.
  • FIGS. 8A and 8B essentially correspond to the exemplary embodiment of a component 10 illustrated in FIG. 2A.
  • the device 10 may be a laser bar or short bar of, for example, blue or violet laser diodes with etched laser facets 20F.
  • the depressions 2V for example in the form of etched trenches, can be filled alternately with converter layers 31 and 32 of different types, for example for cold white and warm white emission (FIGS. 8A and 8B).
  • the component 10 can be isolated after the depressions 2V have been filled with converter material. To achieve emission on both sides, the component 10 can be separated along the separating lines T through the depressions 2V (FIG. 8A). In order to achieve one-sided emission, the component 10 can be separated along the separating lines T, which run next to the depressions 2V (FIG. 8B).
  • the exemplary embodiments of a component 10 illustrated in FIGS. 9A and 9B essentially correspond to the exemplary embodiments of a component 10 illustrated in FIGS. 8A and 8B.
  • the depressions 2V can be filled with converter layers 31R, 31B and 31G of different colors.
  • the converter layer of a first color 31R can be set up to convert short-wave electromagnetic radiation into electromagnetic radiation in the red spectral range.
  • the converter layer of a second color 31B can be set up to convert short-wave electromagnetic radiation into electromagnetic radiation in the blue spectral range.
  • the converter layer of a third color 31G can be set up to convert short-wave electromagnetic radiation into electromagnetic radiation in the green spectral range.
  • the component 10 shown in FIGS. 9A and 9B can be separated into monolithic RGB units with single-sided or double-sided emission.
  • the active zone 23 it is possible for the active zone 23 to be set up to generate electromagnetic radiation in the blue spectral range.
  • the blue emission does not necessarily take place via the associated converter layer 3 .
  • the blue portion of a pixel can be achieved by direct emission of laser radiation in the blue spectral range.
  • a scattering element and/or deflection structure 5 can be arranged or formed in the associated depression 2V.
  • the converter deposition can be carried out in the wafer assembly.
  • the wafer assembly can then be singulated into smaller units or components 10 of monolithic design. In this case, no costly ingot or single chip handling is necessary.
  • the positioning of the laser converter is self-adjusting, so that no time-consuming adjustment is required.
  • the fat of the converter layers 3 can be defined via the geometry of the depressions 2V, for example via the trench width or trench depth, and can therefore be adjusted in a simplified manner. In particular, this does not lead to any fluctuations in the converter layers 3 .
  • the color locus can also be varied by deliberately varying the thickness of the converter layers 3 .
  • a tunable color locus can be achieved by energizing the laser diodes.
  • the converter material can be applied or filled up selectively in the depressions 2V, that is to say in the etched trenches, for example using the lifting technique of a hard etching mask for facet etching. In addition, no age-inducing thermal blocker is required.
  • the converter layer 3 in the facet etching trench can be protected against moisture and environmental influences by using a protective layer, for example in the form of a thermally conductive layer 60, a small plate or a heat sink in the case of p-side-down assembly, with the converter cooling being ensured at the same time.
  • a monolithic laser converter unit whose color locus can be adjusted via the respective output of the laser emitter for cold white emission and warm white emission.
  • An exactly definable thickness of the converter layer 3 can be controlled via the geometry of the recess 2V or of the etched trench .
  • a monolithic laser converter unit can also be implemented, the emission of which can be adjusted via the respective output of the laser emitter for RBG applications.
  • the size of the component 10 can be adjusted during the singulation of the laser wafer, for example by breaking or sawing the laser wafer into (short) bars, in particular along a crystallographic axis. FIGS.
  • the component 10 has, in particular for the active regions 20, a common depression 2VG, for example an outer common depression 2VG, which is covered with the converter material of the converter layer 3.
  • the active regions 20 can be embodied as local elevations of the semiconductor body.
  • the active areas 20 form, for example, main bodies 20H of microlasers, in particular local microlasers, of the device 10 .
  • the light-generating regions of the component 10 have, for example, an arrangement of such microlasers that are pumped essentially over their entire surface and emit laser radiation in a type of ring mode.
  • the laser light can be coupled out and at least partially converted in the surrounding converter material.
  • the microlasers can be arranged in one or two dimensions.
  • the microlasers or active regions 20 can have the same or different geometry or sizes.
  • the arrangement of the microlasers can be matrix-like, honeycomb-like, line-like, column-like, uniform or non-uniform.
  • the active regions 20 have adjacent facets 20F that form an angle that matches the lattice structure of the semiconductor material used.
  • the angle can be 60° or multiples of 60° in the case of a hexagonal crystal structure such as e.g. B. in the case of GaN, or 90° or multiples of 90° in the case of a cubic crystal structure.
  • FIG. 10A shows a uniform arrangement of circular microlasers 10M, which are surrounded by the converter layer 3 in lateral directions.
  • FIG. 10B shows a uniform, in particular honeycombed, arrangement of hexagonal microlasers 10M.
  • the microlasers 10M can each have a plan in the form of a regular hexagon.
  • FIG. 10C shows a uniform arrangement of rectangular, in particular square, microlasers 10M.
  • FIG. 10D shows a regular arrangement of triangular microlasers 10M.
  • the microlasers 10M can each have an outline in the form of an equilateral triangle.
  • microlasers 10M with the same or different outlines are shown schematically in FIGS. 10E, 10F, 10G and 10H.
  • the device 10 may have microlasers 10M with different layouts and different sizes, or microlasers 10M with the same layouts and the same sizes.
  • the microlasers 10M can have triangular, square or hexagonal outlines with internal angles of 60°, 90° and/or 120°, in particular exclusively with internal angles of 60°, 90° and/or 120°.
  • Other outlines for example in the form of an equilateral triangle, a trapezium, a parallelogram or a hexagon, for example with at least an interior angle of 60° or 120°, are also conceivable.
  • the exemplary embodiments of a component 10 illustrated in FIGS. 11A, 11B and 11C essentially correspond to the exemplary embodiments of a component 10 illustrated in FIGS. 10A and 10B.
  • the semiconductor body 2 or the plurality of active regions 20 has inner depressions 2VI.
  • the inner ones Depressions 2VI can be filled with the converter material of the converter layer 3 or with a material that is different from a converter material. It is also possible that the inner depressions 2VI are open, that is to say they are filled with air.
  • each active region 20 or each main body 20H of the microlaser 10M has such an internal cavity 2VI.
  • the inner depression 2VI can have a cross-section in the form of a circle, a triangle, in particular a regular triangle, a hexagon, in particular a regular triangle. In the presence of the inner recesses 2VI, the efficiency of the device 10 can be improved.
  • FIG. 12A shows an exemplary embodiment of a component 10 in the form of a hexagonal laser, in particular a hexagonal pump laser.
  • the semiconductor body 2 has a hexagonal recess 2V.
  • a plurality of active areas 20 each having a laser ridge 20R is adjacent to the hexagonal recess 2V.
  • six laser ridges 20R border six different facets 20S of the six active regions 20 and 20, respectively. to six different side walls of the hexagonal recess 2V.
  • the hexagonal depression 2V is designed as an inner common vertical depression 2VIG.
  • the internal common vertical cavity 2VIG may have a regular hexagonal plan view.
  • at least some or all of the facets 20S or sidewalls of the recess 2V are m-surfaces.
  • the semiconductor body 2 is based in particular on a nitride compound material, such as GaN.
  • the GaN crystal has six symmetrical m-faces. These crystal faces are etched much more slowly in alkaline solutions than others Crystal faces with higher indices . For this reason, hexagonal chips can produce six lasing regions each having etched facets 20F with the emission overlapping at a point.
  • the centrally arranged inner common vertical depression 2VIG can be filled with converter material of the converter layer 3 .
  • a vertical depression 2V is designed as an inner common vertical depression 2VIG of a plurality of active regions 20, each of the side walls of the inner common vertical depression 2VIG, each of which is formed by a facet 20F of one of the adjacent active regions 20, as a radiation passage surface 20S.
  • the inner common vertical depression 2VIG Deviating from FIG. 12A, it is possible for the inner common vertical depression 2VIG to have a triangular or quadrangular outline.
  • a cross section of the inner common vertical depression 2VIG can also be a rectangle, square or an equilateral triangle.
  • FIGS. 12B and 12C essentially correspond to the exemplary embodiment of a component 10 illustrated in FIG. 12A.
  • the contact layers 7 are shown explicitly.
  • Each of the contact layers 7 can have a connection layer 71 or cover a striped laser ridge 20R.
  • laser ridges 20R each run perpendicular to one of the sidewalls of the inner common vertical recess 2VIG.
  • FIG. 12B shows separate contact layers 7 or separate contact pads 7, via which the six active regions 20 of the pump laser can be controlled individually, e.g. B. by mounting it on an IC. Due to the individual control, a larger dynamic range (high dynamic range) of the lighting can be achieved more easily.
  • three pump lasers can also be used at an angle of 120° to one another.
  • the contact layers 7 can be electrically conductively connected to one another via conductor tracks 70 .
  • the exemplary embodiment of a component 10 illustrated in FIG. 12D essentially corresponds to the exemplary embodiments of a component 10 illustrated in FIGS. 12A to 12C.
  • the component 10 has a network of a plurality of hexagonal depressions 2V and a plurality of active regions 20 in plan view.
  • arrangements, in particular honeycomb arrangements can also be produced by pixels in which electromagnetic radiation j e is emitted at a front side and at a rear facet of the respective laser , i . e. of the respective active area 20 , is coupled into the inner common recess 2VIG.
  • the exemplary embodiment of a component 10 illustrated in FIG. 12E essentially corresponds to the exemplary embodiment of a component 10 illustrated in FIG. 12D.
  • an inner reflecting structure 41 is arranged in each case in the depressions 2V.
  • the internal reflective structure 41 may be a mirror coated structure such as HR mirror .
  • a cutting line AB is shown in FIG. 12D.
  • the component 10 can have a sectional view along this line, which is shown schematically, for example, in one of FIGS. 1B and 2A to 5C.
  • the component 10 according to the exemplary embodiments in Figures 10A to 12E can therefore have optical resonators 4, thermally conductive layers 60, passivation layers 61, bandpass filter layers 62, deflection structures 5 or other components of the component 10 shown in Figures 1A to 9B, which for reasons of clarity in are partially not shown in FIGS. 10A to 12E.
  • FIG. 13 shows a depression 2V in the form of a hexagon, in particular a regular hexagon, whose side surfaces are m-surfaces.
  • the c-direction and the a-direction are shown schematically.
  • the recess(es) 2V it is possible for the recess(es) 2V to have at least or exactly one side wall, at least or exactly two side walls, at least or exactly three side walls or all side walls that are m-area/s/ are .

Landscapes

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Abstract

Es wird ein Bauelement (10) mit einem Halbleiterkörper (2) und zumindest einer Konverterschicht (3) angegeben, wobei der Halbleiterkörper (2) zumindest einen aktiven Bereich (20) mit einer aktiven Zone (23) aufweist, die zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung (S) eingerichtet ist. Der Halbleiterkörper (2) weist zumindest eine vertikale Vertiefung (2V) auf, wobei eine Seitenwand der Vertiefung (2V) durch eine sich vertikal erstreckende Facette (20F) des aktiven Bereichs (20) gebildet ist, die als Strahlungsdurchtrittsfläche (20S) des aktiven Bereichs (20) ausgeführt ist. Die Konverterschicht (3) bedeckt in Draufsicht die Vertiefung (2V) oder füllt diese zumindest teilweise auf. Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements (10) angegeben.

Description

Beschreibung
BAUELEMENT MIT INTEGRIERTER KONVERTERSCHICHT UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES BAUELEMENTS
Es wird ein Bauelement , insbesondere ein Bauelement mit zumindest einer integrierten Konverterschicht , angegeben . Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements oder einer Mehrzahl von Bauelementen angegeben .
Licht emittierende Bauelemente mit Konverterschichten, zum Beispiel Laser-Konverter-Einheiten, stellen hochinteressante Lichtquellen dar, die bei Proj ektion-Anwendungen, Augmented/Virtual Reality-Anwendungen oder bei Anwendungen in der Allgemeinbeleuchtung zunehmend mehr an Bedeutung gewinnen . Von großem Nachteil ist j edoch, dass eine Laser- Konverter-Lösung mit vielen aufwendigen Bearbeitungsschritten inclusive Justage-Prozessen an einzelnen Halbleiterchips verbunden ist . Dies begrenzt die Herstellungskapazität und verursacht oft höhere Herstellungskosten zum Beispiel gegenüber LED-Lösungen . Die Licht emittierende Dioden weisen j edoch sogenanntes Ef f i zienz-Droop bei erhöhten Leistungen, und sind in der Regel zum Beispiel für Anwendungen in der Gartenbau-Branche (Horticulture ) oder für Proj ektions- Anwendungen nicht besonders geeignet .
Eine Aufgabe ist es , ein kompaktes , hochef fi zientes und kostengünstig herstellbares Licht emittierendes Bauelement anzugeben, das insbesondere als Lichtquelle in Proj ektion- Anwendungen und Beleuchtung vielseitig einsetzbar ist . Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein vereinfachtes , ef fektives und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung einer solchen Bauelements oder einer Mehrzahl von solchen Bauelementen anzugeben .
Diese Aufgaben werden durch das Bauelement und durch das Verfahren zur Herstellung eines Bauelements gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst . Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens oder des Bauelements sind Gegenstand der weiteren Ansprüche .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form eines Bauelements weist dieses einen Halbleiterkörper und zumindest eine Konverterschicht auf . Der Halbleiterkörper weist zumindest einen aktiven Bereich oder mehrere aktive Bereiche j eweils mit einer aktiven Zone auf , wobei die aktive Zone zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung etwa im ultravioletten, sichtbaren oder im infraroten Spektralbereich eingerichtet ist . Zum Beispiel ist der aktive Bereich oder die Mehrzahl der aktiven Bereiche zur Erzeugung kohärenter elektromagnetischer Strahlung eingerichtet . Lokal gesehen kann der Halbleiterkörper oder der aktive Bereich des Halbleiterkörpers einen Teilbereich, etwa einen Hauptkörper, eines kantenemittierten Emitters , etwa eines kantenemittierten Lasers , bilden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Bauelements weist dieses zumindest eine Konverterschicht auf . Die Konverterschicht weist Konvertermaterial auf , das zur Umwandlung kurzwelliger Strahlung in langwellige Strahlung eingerichtet ist , beispielsweise elektromagnetische Strahlung mit einer Peakwellenlänge im ultravioletten oder blauen Spektralbereich in elektromagnetische Strahlung mit einer Peakwellenlänge im grün, gelben oder roten Spektralbereich . Das Konvertermaterial kann Leuchtstof fe oder Phosphore aufweisen, die zum Beispiel in einem Matrixmaterial , etwa in Silikon, Glas , AIN, oder in diamant-ähnlichen Kohlenstof fverbindungen, Saphir oder SiC, eingebettet sind .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Bauelements weist der Halbleiterkörper zumindest eine vertikale Vertiefung auf . Die vertikale Vertiefung ist insbesondere eine Ausnehmung desHalbleiterkörpers . Insbesondere ist eine Seitenwand der Vertiefung durch eine sich vertikal erstreckende Facette des aktiven Bereichs gebildet . Die Seitenwand der Vertiefung oder die sich vertikal erstreckende Facette des aktiven Bereichs kann als Strahlungsdurchtritts fläche des aktiven Bereichs ausgeführt sein . Insbesondere ist die Seitenwand der Vertiefung, die als Strahlungsdurchtritts fläche des aktiven Bereichs ausgeführt ist , quer oder senkrecht zu der aktiven Zone des aktiven Bereichs orientiert . Die von der aktiven Zone erzeugte elektromagnetische Strahlung tritt somit entlang einer lateralen Richtung durch eine Seitenfläche des aktiven Bereichs hindurch in die vertikale Vertiefung hinein . In diesem Sinne ist der aktive Bereich ein Teilbereich eines Kantenemitters , etwa eines lokalen Kantenemitters , zum Beispiel ein Hauptkörper eines Lasers .
Unter einer vertikalen Richtung wird eine Richtung verstanden, die insbesondere senkrecht zu einer Haupterstreckungs fläche des Halbleiterkörpers oder der aktiven Zone des aktiven Bereichs des Halbleiterkörpers gerichtet ist . Unter einer lateralen Richtung wird eine Richtung verstanden, die insbesondere parallel zu der Haupterstreckungs fläche verläuft . Die vertikale Richtung und die laterale Richtung sind orthogonal zueinander . Die Strahlungsdurchtritts fläche des aktiven Bereichs unterscheidet sich insbesondere von einer Strahlungsaustritts fläche des Bauelements , an der elektromagnetische Strahlung, etwa die von der Konverterschicht umgewandelte elektromagnetische Strahlung, aus dem Bauelement ausgekoppelt wird . Es ist möglich, dass die Strahlungsaustritts fläche bereichsweise durch eine Oberseite des Bauelements gebildet ist . Das Bauelement kann in diesem Sinne als Lichtquelle mit lokalen Oberflächen- Emittern angesehen werden . In diesem Fall sind die Strahlungsaustritts f läche/n des Bauelements und die Strahlungsdurchtritts f läche/n des aktiven Bereichs quer, insbesondere senkrecht zueinander gerichtet . Weiterhin ist es möglich, dass die Strahlungsaustritts fläche bereichsweise durch eine Seitenfläche des Bauelements gebildet ist . In diesem Fall können die Strahlungsaustritts fläche des Bauelements und die Strahlungsdurchtritts fläche des aktiven Bereichs parallel zueinander verlaufen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Bauelements bedeckt die Konverterschicht in Draufsicht die vertikale Vertiefung des Halbleiterkörpers oder füllt diese zumindest teilweise oder vollständig auf . Befindet sich das Konvertermaterial der Konverterschicht innerhalb der Vertiefung, kann zumindest ein Teil der von der aktiven Zone emittierten Strahlung vom Konvertermaterial absorbiert und umgewandelt werden, bevor die umgewandelte elektromagnetische Strahlung die Vertiefung zum Beispiel an einer oberen Öf fnung der Vertiefung oder an einer Seitenwand der Vertiefung verlässt . Befindet sich die Konverterschicht außerhalb der vertikalen Vertiefung, zum Beispiel unmittelbar an der oberen Öf fnung der Vertiefung, kann die in die Vertiefung eingekoppelte elektromagnetische Strahlung in Richtung der oberen Öf fnung umgelenkt werden . In beiden Fällen ist es möglich, dass in der vertikalen Vertiefung Umlenkstrukturen gebildet oder angeordnet sind, die dazu eingerichtet sind, elektromagnetische Strahlung in Richtung der oberen Öf fnung der vertikalen Vertiefung umzulenken, insbesondere zu reflektieren . Es ist auch möglich, dass sich die Konverterschicht bereichsweise innerhalb und bereichsweise außerhalb der Vertiefung befindet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Bauelements weist der Halbleiterkörper einen einzigen aktiven Bereich oder eine Mehrzahl von aktiven Bereichen auf . Entlang der lateralen Richtung können die aktiven Bereiche j eweils an zumindest eine vertikale Vertiefung oder an genau zwei vertikale Vertiefungen angrenzen . In Draufsicht können die aktiven Bereiche entlang einer lateralen Richtung j eweils zum Beispiel unmittelbar zwischen zwei vertikalen Vertiefungen angeordnet sein . Die Vertiefungen können Seitenwände aufweisen, die zumindest bereichsweise durch Seitenflächen oder durch Facetten der an die Vertiefungen angrenzenden aktiven Bereiche gebildet sind .
Es ist möglich, dass der aktive Bereich oder die aktiven Bereiche als lokale vertikale Erhöhung/en des Halbleiterkörpers ausgeführt ist/ sind . In diesem Fall können mehrere aktive Bereiche an eine gemeinsame vertikale Vertiefung des Halbleiterkörpers angrenzen . Es ist möglich, dass die gemeinsame vertikale Vertiefung des Halbleiterkörpers in Draufsicht die aktiven Bereiche lateral umgibt , insbesondere vollständig umschließt . Des Weiteren ist es möglich, dass die vertikale/n Vertiefung/en als lokale Vertiefung/en, etwa als lokale Kavität/en des Halbleiterkörpers , ausgeführt ist/ sind . In Draufsicht sind solche lokale Vertiefungen entlang lateraler Richtungen voneinander räumlich getrennt . Die aktiven Bereiche können als zusammenhängende Bereiche oder als lokale Erhöhungen des Halbleiterkörpers ausgeführt sein .
Im Folgenden wird das Bauelement der Übersichtlichkeit halber oft nur im Zusammenhang mit einem aktiven Bereich des Halbleiterkörpers , mit einer vertikalen Vertiefung Halbleiterkörpers und/oder mit einer Konverterschicht beschrieben . Das Bauelement kann j edoch einen Halbleiterkörper mit einer Mehrzahl von aktiven Bereichen und/oder einer Mehrzahl von vertikalen Vertiefungen und mehrere Konverterschichten aufweisen, sodass Merkmale , die im Zusammenhang mit einem aktiven Bereich oder mit einer vertikalen Vertiefung oder mit einer Konverterschicht beschrieben sind, auch für die Mehrzahl der aktiven Bereiche und/oder für die Mehrzahl der vertikalen Vertiefungen beziehungsweise für die Mehrzahl der Konverterschichten herangezogen werden können, falls diese Merkmale nicht expli zit anders of fenbart sind .
In mindestens einer Aus führungs form eines Bauelements weist dieses einen Halbleiterkörper und zumindest eine Konverterschicht auf , wobei der Halbleiterkörper zumindest einen aktiven Bereich mit einer aktiven Zone aufweist , die zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist . Der Halbleiterkörper weist zumindest eine vertikale Vertiefung auf , wobei eine Seitenwand der Vertiefung durch eine sich vertikal erstreckende Facette des aktiven Bereichs gebildet ist , die als Strahlungsdurchtritts fläche des aktiven Bereichs ausgeführt ist . Die Konverterschicht bedeckt in Draufsicht die Vertiefung oder füllt diese zumindest teilweise auf . Die vertikale Vertiefung kann auf vereinfachte Art und Weise durch bewährtes Verfahren bezüglich Facettenätzens insbesondere auf Wafer-Ebene , also im Waferverbund, erzeugt werden . Die Konverterschicht kann selbst j ustierend zu der vordefinierten Position der vertikalen Vertiefung insbesondere ebenfalls auf Wafer-Ebene auf den Halbleiterkörper aufgebracht werden, nämlich bevor das Bauelement oder der Waferverbund vereinzelt wird . Das Bauelement weist somit bereits vor der Vereinzelung eine integrierte Konverterschicht an einer vordefinierten Position auf . In diesem Sinne ist das Bauelement mit der Konverterschicht monolithisch ausgeführt . Der aktive Bereich kann zur Erzeugung elektromagnetischer Laserstrahlung eingerichtet sein . Somit kann eine monolithische und selbst j ustierende Laser-Konverter-Lösung basierend auf einer innovativen, in den bislang laufenden Versuchen äußerst erfolgreichen Technologie des Facettenätzens realisiert werden, wodurch viele Handlings-Schritte an Einzelbauteilen, zum Beispiel an einzelnen Halbleiterchips , eingespart werden und so eine kostengünstige Laser-Konverter-Einheit bereitgestellt werden kann .
Die Konverterschicht kann monolithisch und selbst j ustierend zum aktiven Bereich des Halbleiterkörpers , etwa zu einem durch den aktiven Bereich gebildeten Laser des Bauelements , in einem Facettenätzgraben gebildet oder auf eine obere Öf fnung der vertikalen Vertiefung, insbesondere auf den Facettenätzgraben, aufgebracht werden, bevor das Bauelement oder der Laserwafer vereinzelt wird . Somit kann die Konverterschicht besonders facettennah angeordnet werden, wodurch höchste Leuchtdichten erzeugt werden können . Es ist möglich, dass das Bauelement eine Mehrzahl von aktiven Bereichen und/oder eine Mehrzahl von vertikalen Vertiefungen aufweist . Die aktiven Bereiche und/oder die vertikalen Vertiefungen können zeilenartig, spaltenartig, wabenförmig oder matrixartig angeordnet sein . Des Weiteren kann das Bauelement eine Mehrzahl von Konverterschichten aufweisen, die sich in den Vertiefungen oder auf den Vertiefungen befinden . Das Bauelement kann in diesem Fall eine monolithisch ausgeführte Laser-Konverter-Einheit sein, die zeilenartig angeordnete , spaltenartig angeordnete oder zweidimensional etwa matrixartig oder wabenförmig angeordnete Lichtquellen aufweisen . Die Konverterschichten können unterschiedliche Material zusammensetzungen und/oder unterschiedliche Leuchtstof fe aufweisen, sodass das Bauelement Lichtquellen unterschiedlicher Farben aufweisen kann .
Es ist möglich, dass die aktiven Bereiche des Halbleiterkörpers gleichartig aufgebaut sind . Die aktiven Bereiche können auf demselben Halbleiterverbundmaterial , etwa auf demselben I I I-V- oder I I-VI-Halbleiterverbundmaterial basieren, etwa auf GaN . Der Halbleiterkörper kann zusammenhängend ausgeführt sein . Die aktiven Bereiche können zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlungen gleicher Peakwellenlänge eingerichtet sein . Verschiedene Konverterschichten sind insbesondere eingerichtet , elektromagnetische Strahlungen gleicher Peakwellenlänge in elektromagnetische Strahlungen verschiedener Peakwellenlänge umzuwandeln .
Das hier beschriebene Bauelement kann also eine hochef fi ziente Laser-Konverter-Einheit sein, etwa eine monolithische Laser-Konverter-Einheit , bei der die Herstellungs-Prozesskette möglichst ohne viele Handlings- Schritte an Einzelbauteilen, zum Beispiel an einzelnen Einzellaserchips , auskommen kann .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Bauelements weist der aktive Bereich einen Lasersteg auf . Der Lasersteg kann ein sogenannter Rigde-Bereich sein . Insbesondere wird elektromagnetische Strahlung im Wesentlichen ausschließlich unterhalb des Laserstegs erzeugt , das heißt im Wesentlichen ausschließlich in Überlappungsregion mit dem Lasersteg . In diesem Sinne ist die aktive Zone des aktiven Bereichs durch die Position und die Geometrie des Laserstegs definiert . Die aktive Zone des aktiven Bereichs kann somit Regionen des aktiven Bereichs umfassen oder insbesondere ausschließlich aus Regionen des aktiven Bereichs gebildet sein, in denen im Betrieb des Bauelements tatsächlich elektromagnetische Strahlung erzeugt wird . Der Lasersteg kann bereichsweise durch einen vertikal erhöhten Teilbereich des aktiven Bereichs gebildet sein . Der vertikal erhöhte Teilbereich weist insbesondere eine geringere Breite als der gesamte aktive Bereich auf . Zum Beispiel ist der Lasersteg strei fenförmig ausgeführt .
Der Lasersteg kann auch ein Laserstrei fen sein . Insbesondere kann der Lasersteg oder der Laserstrei fen indexgeführt (Englisch : index-guided) oder gewinngeführt sein (Englisch : gain guided) .
Der vertikal erhöhte Teilbereich oder der Lasersteg kann eine Mantelschicht aufweisen . Der Lasersteg kann eine Anschlussschicht aufweisen, wobei die Mantelschicht entlang der vertikalen Richtung zwischen der Anschlussschicht und der aktiven Zone des aktiven Bereichs angeordnet ist . Insbesondere ist eine laterale Breite des Laserstegs durch eine laterale Breite der Anschlussschicht und/oder der Mantelschicht definiert . Die Anschlussschicht ist zum Beispiel zur lokalen Stromeinprägung in die aktive Zone eingerichtet . Die aktive Zone des aktiven Bereichs kann Teil einer größeren aktiven Schichtenfolge des aktiven Bereichs oder des Halbleiterkörpers sein . Unterschiedliche aktive Zonen unterschiedlicher aktiver Bereiche können durch unterschiedliche Teilschichtenfolgen einer gemeinsamen aktiven Schichtenfolge des Halbleiterkörpers gebildet sein . Durch gezielte lokale Stromeinprägung in die verschiedenen Teilschichtenfolgen der gemeinsamen aktiven Schichtenfolge , also im Wesentlichen durch die Geometrie des Laserstegs oder der Anschlussschicht oder der Mantelschicht , können die Position und die Geometrie der aktiven Zonen unterschiedlicher aktiver Bereiche definiert werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Bauelements weist dieses eine Mehrzahl von vertikalen Vertiefungen und eine Mehrzahl von aktiven Bereichen auf , wobei die aktiven Bereiche arrayartig oder matrixartig angeordnet sind . Die aktiven Bereiche können j eweils entlang einer lateralen Richtung zwischen zwei vertikalen Vertiefungen angeordnet sein . Die aktiven Bereiche können j eweils einen Lasersteg aufweisen . Die Laserstege der aktiven Bereiche können parallel zueinander gerichtet sein . Es ist möglich, dass der Halbleiterkörper durch die Anordnung der Laserstege ef fektiv in mehrere aktive Bereiche aufgeteilt ist , wobei die aktiven Bereiche unmittelbar aneinander angrenzen .
Sind die aktiven Bereiche arrayartig angeordnet , kann das Bauelement eine , insbesondere eine einzige , Zeile oder Spalte von aktiven Bereichen aufweisen . Das Bauelement ist zum Beispiel in Form eines Laserbarrens ausgeführt .
Sind die aktiven Bereiche matrixartig angeordnet , kann das Bauelement mehrere Zeilen und mehrere Spalten von aktiven Bereichen aufweisen, wobei die Anzahl der Zeilen und die Anzahl der Spalten identisch oder unterschiedlich sein können . Die Ausrichtung der Zeilen und die Ausrichtung der Spalten können orthogonal zueinander sein oder einen Winkel bilden, der verschieden von 90 ° ist . Ein solcher Winkel kann 30 ° , 45 ° oder 60 ° sein . Auf diese Weise können unterschiedliche Anordnungen von Pixeln, die insbesondere durch verschiedene aktive Bereiche des Halbleiterkörpers gebildet sind, erzielt werden .
Gemäß dieser Aus führungs form und auch gemäß allen hier beschriebenen Aus führungs formen des Bauelements können die aktiven Bereiche gleiche Größe und/oder gleiche Geometrie oder unterschiedliche Größen und/oder unterschiedliche Geometrie aufweisen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Bauelements weist dieses eine Mehrzahl von aktiven Bereichen auf , wobei die aktiven Bereiche j eweils eine aktive Zone aufweisen und j eweils als lokaler vertikal erhöhter Teilbereich des Halbleiterkörpers ausgeführt sind . Die vertikale Vertiefung kann als gemeinsame Vertiefung ausgeführt sein . In Draufsicht auf den Halbleiterkörper kann die vertikale Vertiefung die aktiven Bereiche lateral umgeben . Die gemeinsame Vertiefung kann von der Konverterschicht zumindest teilweise aufgefüllt sein . Die aktiven Bereiche des Halbleiterkörpers können Teilbereiche unterschiedlicher Lasereinheiten, etwa aktive Hauptkörper unterschiedlicher Mikrolasers des Bauelements bilden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Bauelements sind die aktiven Bereiche j eweils als aktiver Hauptkörper eines Mikrolasers ausgeführt . Die Mikrolaser sind somit integrierte Bestandteile des Bauelements .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Bauelements weisen die aktiven Bereiche j eweils eine innere vertikale Vertiefung auf , wobei die inneren vertikalen Vertiefungen j eweils mit einem Konvertermaterial gefüllt sind .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Bauelements weist dieses eine Mehrzahl von aktiven Bereichen auf , wobei die vertikale Vertiefung als innere gemeinsame vertikale Vertiefung ausgeführt und in Draufsicht von den aktiven Bereichen lateral umgeben ist . Die innere gemeinsame vertikale Vertiefung weisen Seitenwände auf , die durch sich vertikal erstreckende Facetten der umgebenden aktiven Bereiche gebildet sind .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Bauelements weist die innere gemeinsame vertikale Vertiefung eine innere reflektierende Struktur auf . Die innere reflektierende Struktur ist zum Beispiel mittig in der inneren gemeinsamen vertikalen Vertiefung angeordnet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Bauelements weist die innere gemeinsame vertikale Vertiefung genau drei oder genau sechs aneinander angrenzende Seitenwände auf , die insbesondere durch die Facetten der umgebenden aktiven Bereiche gebildet sind . Eine monolithische Kombination eines 3-eckig oder 6-eckig bestrahlten Konverters mit integrierten Lasern kann somit erzielt werden. Zum Beispiel sind die Facetten m-Flächen. In diesem Fall können die Seitenwände, insbesondere alle Seitenwände der vertikalen Vertiefung jeweils parallel zu einer m-Fläche einer hexagonal- wurt zitischen Kristallstruktur des Halbleitermaterials verlaufen .
Zur Kennzeichnung einer hexagonal-wurt zitischer Kristallstruktur sind in der Regel drei Kristallrichtungen besonders relevant, nämlich die c-Richtung, i.e. die <0001>- Richtung, die a-Richtung, i.e. die <-2110>-Richtung, und die m-Richtung, i.e. die <l-100>-Richtung. Dabei bezeichnet die Notation <hkil> alle zum Vektor [hkil] symmetrisch äquivalenten Richtungen. Die m-Richtung ist entsprechend senkrecht zu einer m-Fläche der Kristallstruktur gerichtet. Mit anderen Worten verläuft die m-Fläche senkrecht zu der entsprechenden m-Richtung. Symmetrisch äquivalente Richtungen oder symmetrisch äquivalente Flächen sind im hexagonalen Kristallsystem durch Permutation der ersten drei Indizes in [hkil] oder (hkil) zu erhalten. Die Gruppe der symmetrisch äquivalenten m-Flächen kann durch die Notation {1-100} angegeben werden. Eine m-Fläche kann eine (1-100)-, (10-10)-, (-1010)-, (-1100)-, (01-10)- oder eine ( 0-110 ) -Fläche sein.
Verlaufen alle vertikalen Seitenwände der vertikalen Vertiefung jeweils parallel zu einer m-Fläche, oder sind alle vertikalen Seitenwände der vertikalen m-Flächen, kann die vertikale Vertiefung beispielsweise in Draufsicht auf eine c- Fläche des Halbleiterkörpers einen lateralen Grundriss in Form eines Hexagons mit allen Innenwinkeln von 120°, etwa eines regelmäßigen Hexagons, eines gleichseitigen Dreiecks oder eines Trapezes oder Parallelogramms zumindest mit einem Innenwinkel von 60 ° oder 120 ° , etwa einer Raute mit einem spitzen Innenwinkel von 60 ° , oder ein gleichschenkliges Trapez zum Beispiel mit einem Innenwinkel von 60 ° oder 120 ° aufweisen . Das Dreieck, das Hexagon, das Trapez , das Parallellogramm oder die Raute kann ausschließlich Innenwinkel aufweisen, die 60 ° und/oder 120 ° sind . Das Hexagon mit allen Innenwinkeln von 120 ° kann zwei unterschiedlich lange Seiten oder Kanten aufweisen, die aneinander angrenzen . Bei einem regelmäßigen Hexagon sind alle Seiten oder Kanten gleich lang .
Abweichend davon ist es möglich, dass die vertikale Vertiefung einen lateralen Querschnitt beliebiger Geometrie , etwa in Form eines Kreises , eines Vielecks , zum Beispiel eines Dreiecks , Vierecks , insbesondere eines Rechtecks , aufweist .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Bauelements ist zumindest eine Seitenwand der Vertiefung durch eine m-Fläche gebildet . Zum Beispiel ist eine vertikal erstreckende Facette des aktiven Bereichs , etwa die Strahlungsdurchtritts fläche , durch eine m-Fläche gebildet . Die Facette des aktiven Bereichs bildet insbesondere eine Seitenwand der vertikalen Vertiefung . Es ist möglich, dass mindestens oder genau zwei , mindestens oder genau drei oder alle Seitenwände der Vertiefung j eweils durch eine m-Fläche gebildet sind .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Bauelements basiert der Halbleiterkörper einem ein hexagonal-wurt zitischen Kristallmaterial , insbesondere auf einem Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial . Die Halbleiterschichten des Halbleiterkörpers können zum Beispiel aus GaN, InGaN, AlGaN und/oder Al InGaN gebildet sein . Galliumnitrid kristallisiert in der hexagonalen Wurt zitstruktur und ist ein hexagonal- wurt zitischer Kristall .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Bauelements weist dieses eine Mehrzahl von inneren gemeinsamen vertikalen Vertiefungen auf . Die inneren gemeinsamen vertikalen Vertiefungen können in Draufsicht j eweils von den angrenzenden aktiven Bereichen lateral umgeben sein .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Bauelements ist der aktive Bereich oder die Mehrzahl der aktiven Bereiche zur Erzeugung kohärenter elektromagnetischer Strahlung eingerichtet . Zum Beispiel ist die Strahlungsdurchtritts fläche eine geätzte Laserf acette . Das Bauelement kann eine Laseranordnung sein . Zum Beispiel umfasst das Bauelement eine Mehrzahl von integrierten Laserkörpern . Die Laserkörper können durch die aktiven Bereiche des Halbleiterkörpers gebildet sein .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Bauelements erstreckt sich die Vertiefung entlang der vertikalen Richtung durch die aktive Zone hindurch, wobei das Bauelement im Betrieb eingerichtet ist , die von der aktiven Zone erzeugte elektromagnetische Strahlung entlang der lateralen Richtung durch die Strahlungsdurchtritts fläche hindurch in die Vertiefung hinein zu emittieren .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Bauelements weist der aktive Bereich einen Lasersteg auf , der in Draufsicht auf den Halbleiterkörper quer zu der Facette des aktiven Bereichs verläuft . Der Lasersteg ist insbesondere eingerichtet , im Betrieb des Bauelements erzeugte elektromagnetische Strahlung in die vertikale Vertiefung zu leiten . Zum Beispiel weist der Lasersteg eine Anschlussschicht oder eine Mantelschicht auf , die an der Geometrie des Laserstegs angepasst . Zum Beispiel definiert die Geometrie des Laserstegs , etwa der Querschnitt des Laserstegs die Geometrie der darunter liegenden aktiven Zone , in der elektromagnetische Strahlung im Betrieb des Bauelements tatsächlich erzeugt wird .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Bauelements weist der Halbleiterkörper mindestens eine weitere vertikale Vertiefung auf . Insbesondere ist ein erster Teilbereich eines optischen Resonators in der vertikalen Vertiefung, etwa an der Strahlungsdurchtritts fläche des aktiven Bereichs , angeordnet . Ein zweiter Teilbereich des optischen Resonators kann in der weiteren vertikalen Vertiefung angeordnet sein . Insbesondere erstreckt sich die aktive Zone entlang lateraler Richtung zwischen dem ersten Teilbereich des optischen Resonators und dem zweiten Teilbereich des optischen Resonators .
Zum Beispiel weisen der erste Teilbereich des optischen Resonators und der zweite Teilbereich des optischen Resonators gleichartige Ref lektivität auf , etwa den gleichen Reflexionsgrad für die in der aktiven Zone erzeugte elektromagnetische Strahlung . Abweichend davon ist es möglich, dass der erste Teilbereich des optischen Resonators und der zweite Teilbereich des optischen Resonators unterschiedliche Ref lektivitäten, also unterschiedliche Reflexionsgrade aufweisen .
Die aktive Zone oder der zugehörige Lasersteg befindet sich somit entlang der lateralen Richtung zwischen der vertikalen Vertiefung und der weiteren vertikalen Vertiefung . Weist der Resonator an beiden Seiten der aktiven Zone gleichartige Reflexionsgrade auf , kann elektromagnetische Strahlung in beide gegenüberliegende Vertiefungen eingekoppelt werden . Weist der Resonator an beiden Seiten der aktiven Zone unterschiedliche Reflexionsgrade auf , ist es möglich, dass elektromagnetische Strahlung in nur eine der zwei gegenüberliegenden Vertiefungen eingekoppelt wird .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Bauelements sind der erste Teilbereich des optischen Resonators und der zweite Teilbereich des optischen Resonators elektrisch isolierend ausgeführt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Bauelements ist eine Bodenfläche der vertikalen Vertiefung mit einer Spiegelschicht versehen . Die Spiegelschicht kann ein Teilbereich des optischen Resonators oder eine weitere metallische oder dielektrische Spiegelschicht sein, die sich zum Beispiel bezüglich der Material zusammensetzung oder Schichtdicke von dem optischen Resonator unterscheidet . Zusätzlich oder alternativ kann eine Umlenkstruktur in der vertikalen Vertiefung gebildet sein . Die Umlenkstruktur kann ein strukturierter Teilbereich des Halbleiterkörpers oder eine strahlungsreflektierende Struktur sein .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Bauelements ist zumindest eine der folgenden Schichten in der Vertiefung angeordnet : eine Bandpass filterschicht , eine Passivierungsschicht und eine Wärmeleitschicht .
In mindestens einer Aus führungs form eines Verfahrens zur Herstellung eines Bauelements mit einem Halbleiterkörper und zumindest einer Konverterschicht wird ein Halbleiterkörper bereitgestellt . Der Halbleiterkörper weist eine aktive Schichtenfolge auf . Es wird zumindest eine vertikale Vertiefung oder eine Mehrzahl von vertikalen Vertiefungen in dem Halbleiterkörper gebildet , sodass sich die vertikale Vertiefung oder die Mehrzahl der vertikalen Vertiefungen durch die aktive Schichtenfolge hindurch erstreckt . Der Halbleiterkörper weist zumindest einen aktiven Bereich mit einer aktiven Zone auf , wobei die aktive Zone ein Teilbereich der aktiven Schichtenfolge ist . Eine Seitenwand der Vertiefung ist durch eine sich vertikal erstreckende Facette des aktiven Bereichs gebildet , die als Strahlungsdurchtritts fläche des aktiven Bereichs ausgeführt ist . Zumindest eine Konverterschicht wird auf der vertikalen Vertiefung aufgebracht , oder die vertikale Vertiefung wird mit einem Konvertermaterial zur Bildung der Konverterschicht auf gefüllt .
Insbesondere wird die vertikale Vertiefung oder die Mehrzahl der vertikalen Vertiefungen durch einen Ätzprozess gebildet , etwa durch Facettenätzung . Das Anbringen der Konverterschicht oder das Auf füllen der vertikalen Vertiefung mit dem Konvertermaterial erfolgt insbesondere auf Waferebene , bevor der Halbleiterkörper vereinzelt wird .
Das hier beschriebene Verfahren ist für die Herstellung eines hier beschriebenen Bauelements besonders geeignet . Die im Zusammenhang mit dem Bauelement beschriebenen Merkmale können daher auch für das Verfahren herangezogen werden und umgekehrt .
Anders als bei Laser-Konverter-Lösungen, bei denen einzelne Laser-Bauelemente oder Laser-Arrays mit getrennt hergestellten Konvertern kombiniert werden, können gemäß dem hier beschriebenen Verfahren Konverterschichten bereits im Waferverbund auf den Laserwafer aufgebracht werden, indem die Laser-Bauelemente oder die aktiven Bereiche des Halbleiterkörpers zum Beispiel facettenbeschichtet werden oder Konverterplättchen auf den vertikalen Vertiefungen befestigt werden . Nach der Vereinzelung ist es nicht mehr erforderlich, Konverterschichten oder Konverter-Plättchen in den optischen Strahlengang j ustiert zu fixieren .
Mit dem hier beschriebenen Verfahren kann eine monolithische , selbst- ustierende Laser-Konverter-Lösung realisiert werden . Dadurch können viele Handlings-Schritte an Einzelbauteilen eingespart und kostengünstige Laser-Konverter-Einheiten bereitgestellt werden . Es ist auch möglich, eine miniaturisierte , kostengünstige , monolithische R-G-B- bzw . eine R-G-B-Y-Pro ektionslichtquelle höchster Leuchtdichte durch verschiedene Konverterschichten zu realisieren . Insbesondere in Kombination mit Umlenkprismen kann eine zellenförmige , spaltenförmige , matrixartige oder wabenförmige Anordnung von Oberf lächen-Emittern erzeugt werden .
Weitere Aus führungs formen und Weiterbildungen des Bauelements oder des Verfahrens zur Herstellung des Bauelements ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren 1A bis 13 erläuterten Aus führungsbeispielen . Es zeigen :
Figuren 1A und 1B schematische Darstellungen eines Aus führungsbeispiels eines Bauelements in Draufsicht und in Schnitt ansicht ,
Figuren IC und ID schematische Darstellungen einer möglichen Ausgestaltung einer vertikalen Vertiefung und möglicher Anordnung der Konverterschicht relativ zu der vertikalen Vertiefung, Figuren 2A, 2B, 2C, 3A, 3B, 3C, 4A, 4B, 4C, 4D, 5A, 5B und 5C schematische Darstellungen weiterer Aus führungsbeispiele eines Bauelements j eweils in Schnittansicht ,
Figuren 6A und 6B schematische Darstellungen eines weiteren Aus führungsbeispiels eines Bauelements j eweils in Draufsicht ,
Figuren 7A, 7B, 7C, 8A, 8B, 9A und 9B schematische Darstellungen weiterer Aus führungsbeispiele eines Bauelements j eweils in Draufsicht , das in kleinere Bauelemente vereinzelt werden kann,
Figuren 10A, 10B, I OC, 10D, 10E , 10F, 10G, 10H, 11A, 11B und 11C schematische Darstellungen weiterer Aus führungsbeispiele eines Bauelements j eweils in Draufsicht , das eine Mehrzahl von Mikrolasern umfasst ,
Figuren 12A, 12B, 12C, 12D und 12E schematische Darstellungen weiterer Aus führungsbeispiele eines Bauelements insbesondere mit einer hexagonalen Vertiefung j eweils in Draufsicht , und
Figur 13 schematische Darstellung einer Vertiefung in Form eines Hexagons .
Gleiche , gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugs zeichen versehen . Die Figuren sind j eweils schematische Darstellungen und daher nicht unbedingt maßstabsgetreu . Vielmehr können vergleichsweise kleine Elemente und insbesondere Schichtdicken zur Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt sein .
Figur 1 zeigt ein Bauelement 10 in Draufsicht auf seine Oberseite 10T . Das Bauelement 10 weist einen Halbleiterkörper 2 mit einer Mehrzahl von vertikalen Vertiefungen 2V auf . Die vertikalen Vertiefungen 2V sind insbesondere lokale Ausnehmungen des Halbleiterkörpers 2 . In Draufsicht auf die Oberseite 10T sind die Vertiefungen 2V matrixartig angeordnet , das heißt in Reihen und Spalten angeordnet .
Entlang einer lateralen Richtung, insbesondere entlang einer Spalte der Vertiefungen 2V, befindet sich j eweils ein aktiver Bereich 20 des Halbleiterkörpers 2 zwischen zwei benachbarten Vertiefungen 2V . In Draufsicht auf die Oberseite 10T kann der aktive Bereich 20 teilweise , zum großen Teil oder vollständig von einer Kontaktschicht 7 bedeckt sein . Die Kontaktschicht 7 kann in Form eines Kontaktpads ausgeführt sein . Zum Beispiel ist die Kontaktschicht 7 zur Aufnahme einer elektrischen Verbindung zum Beispiel in Form eines Bonddrahts eingerichtet . Die Kontaktschicht 7 kann aus einem transparenten elektrisch leitfähigen Material oder aus Metall gebildet sein .
Auf dem aktiven Bereich 20 ist eine Anschlussschicht 71 angeordnet . Insbesondere ist die Anschlussschicht 71 entlang der vertikalen Richtung zwischen dem aktiven Bereich 20 und der Kontaktschicht 7 angeordnet . Zum Beispiel grenzt die Anschlussschicht 71 unmittelbar an den aktiven Bereich 20 an . Die Kontaktschicht 7 grenzt beispielsweise nicht unmittelbar an den aktiven Bereich 20 an . Insbesondere können elektrische Ladungsträger aus der Kontaktschicht 7 ausschließlich über die Anschlussschicht 71 in den aktiven Bereich 20 eingeprägt werden . Der aktive Bereich 20 kann einen Steg 20R, insbesondere einen Lasersteg 20R, aufweisen . Zum Beispiel bildet der Lasersteg 20R einen so genannten Ridge-Bereich des aktiven Bereichs 20 . Im Betrieb des Bauelements 10 ist es möglich, dass lediglich unterhalb des Laserstegs 20R elektromagnetische Strahlung erzeugt wird . Durch die Geometrie der Anschlussschicht 71 oder des Laserstegs 20R kann festgelegt werden, in welcher Region des aktiven Bereichs elektromagnetische Strahlung erzeugt wird .
Der Lasersteg 20R kann ein vertikal erhöhter Teilbereich des aktiven Bereichs 20 sein . Zum Beispiel umfasst der Lasersteg 20R eine Mantelschicht des aktiven Bereichs 20 . Die Anschlussschicht 71 kann ausschließlich auf dem Steg 20R bzw . auf dem Lasersteg 20R gebildet sein . Zum Beispiel definiert die Geometrie der Anschlussschicht 71 oder des Laserstegs 20R die Geometrie einer darunter liegenden aktiven Zone 23 des aktiven Bereichs 20 , in der elektromagnetische Strahlung im Betrieb des Bauelements 10 tatsächlich erzeugt wird . Insbesondere wird ein Hauptteil der elektromagnetischen Strahlung lediglich in einer Überlappungsregion mit dem Lasersteg 20R oder mit der Anschlussschicht 71 erzeugt .
In Figur 1A ist eine solche aktive Zone 23 strei fenförmig ausgeführt , wobei die Geometrie der aktiven Zone 23 durch die Geometrie der Anschlussschicht 71 oder des Laserstegs 20R definiert werden kann . In Draufsicht ist die aktive Zone 23 zwischen zwei vertikalen Vertiefungen 2V angeordnet . Entlang einer lateralen Richtung erstreckt sich die aktive Zone 23 somit von einer vertikalen Vertiefung 2V zu einer anderen vertikalen Vertiefung 2V .
In den Vertiefungen 2V können Teilbereiche 41 und 42 eines optischen Resonators 4 angeordnet sein . Zum Beispiel ist ein erster Teilbereich 41 des Resonators 4 in einer ersten vertikalen Vertiefung 2V angeordnet und ein zweiter Teilbereich 42 des Resonators 4 in einer benachbarten vertikalen Vertiefung 2V angeordnet , wobei sich der aktive Bereich 20 oder die aktive Zone 23 entlang der vertikalen Richtung zwischen dem ersten Teilbereich 41 und dem zweiten Teilbereich 42 des Resonators 4 befindet . Von der aktiven Zone 23 erzeugte elektromagnetische Strahlung, insbesondere Laserstrahlung, kann in eine der beiden benachbarten Vertiefungen 2V oder in beide benachbarten Vertiefungen 2V eingekoppelt werden . Die Vertiefung 2V oder die Mehrzahl der Vertiefungen 2V kann mit Konvertermaterial einer Konverterschicht 3 teilweise oder vollständig aufgefüllt sein . Dies ist zum Beispiel in der Figur IC schematisch dargestellt . Alternativ ist es möglich, dass die Konverterschicht 3 auf der Vertiefung 2V befestigt ist . In diesem Fall kann die Konverterschicht 3 in Draufsicht die Vertiefung 2V vollständig bedecken . Dies ist zum Beispiel in der Figur ID schematisch dargestellt .
Das in der Figur 1A dargestellte Bauelement 10 weist eine Mehrzahl von aktiven Bereichen 20 j eweils mit einer aktiven Zone 23 auf . Insbesondere sind die Positionen der aktiven Zonen 23 durch die Positionen der Mehrzahl der Laserstege 20R vorgegeben . Die aktiven Bereiche 20 können j edoch unmittelbar aneinander angrenzen . Da die Laserstege 20R voneinander räumlich getrennt sind, können die aktiven Zonen 23 oder die aktiven Bereiche 20 unabhängig voneinander elektrisch aktiviert werden . Jedem Lasersteg 20R ist insbesondere eine Kontaktschicht 7 oder eine Anschlussschicht 71 ein-eindeutig zugeordnet . Alternativ ist es möglich, dass die aktiven Bereiche 20 als lokale Erhöhungen des Halbleiterkörpers 2 ausgeführt sind . In diesem Sinne können die aktiven Bereiche 20 in lateralen Richtungen voneinander beabstandet sein .
Das in der Figur 1A dargestellte Bauelement 10 kann ein Laserwafer oder ein Waferverbund 10 sein, der in kleinere Einheiten, etwa in kleinere Bauelemente 10 vereinzelt werden kann .
Figur 1B zeigt eine Schnittansicht des in der Figur 1A dargestellten Bauelements 10 entlang der Schnittlinie AB, wobei der aktive Bereich 20 gesondert dargestellt ist .
Der aktive Bereich 20 weist eine erste Halbleiterschicht 21 , eine zweite Halbleiterschicht 22 und eine zwischen der ersten Halbleiterschicht 21 und der zweiten Halbleiterschicht 22 angeordnete aktive Zone 23 auf . Die erste Halbleiterschicht 21 , die zweite Halbleiterschicht 22 und die aktive Zone 23 können j eweils eine Mehrzahl von übereinander angeordneten Teilschichten aufweisen . Insbesondere ist die aktive Zone 23 eine pn-Übergangs zone . Zum Beispiel ist die erste Halbleiterschicht 21 und die zweite Halbleiterschicht 22 p- leitend bzw . n-leitend ausgeführt , oder umgekehrt .
Die erste Halbleiterschicht 21 kann einen Lasersteg 20R aufweisen, der der aktiven Zone 23 abgewandt und der Anschlussschicht 71 zugewandt ist . Zum Beispiel ist eine Geometrie der Anschlussschicht 71 der Geometrie des Laserstegs 20R angepasst . Die Anschlussschicht 71 ist entlang der vertikalen Richtung zwischen der Kontaktschicht 7 und der Halbleiterschicht 21 angeordnet . In Draufsicht kann die Anschlussschicht 71 teilweise oder vollständig von der Kontaktschicht 7 bedeckt sein . Zum Beispiel ist die Anschlussschicht 71 eine Metallschicht . Insbesondere werden im Betrieb des Bauelements 10 Ladungsträger von der Kontaktschicht 7 ausschließlich über die Anschlussschicht 71 lokal in die erste Halbleiterschicht 21 eingeprägt . Eine Geometrie der Anschlussschicht 71 kann daher die Geometrie der aktiven Zone 23 des aktiven Bereichs 20 definieren . Die aktive Zone 23 weist zum Beispiel eine Einzel- oder eine Mehrfachquantentopfstruktur auf . Die aktive Zone 23 kann eine Mehrzahl von aufeinander folgenden Quantentopfschichten und Quanten-Barriereschichten aufweisen . Insbesondere ist j ede Quantentopfschicht zwischen zwei ihr zugeordneten Quanten- Barriereschichten angeordnet . Die aktive Zone 23 kann Teil einer größeren aktiven Schichtenfolge 23S des aktiven Bereichs 20 oder des Halbleiterkörpers 2 sein, wobei eine Überlappungsregion zwischen der größeren aktiven Schichtenfolge 23S und dem Lasersteg 20R die Dimension oder die Geometrie der aktiven Zone 23 definiert .
Im Betrieb des Bauelements 10 wird die in der aktiven Zone 23 elektromagnetische Strahlung S erzeugt , die an einer Facette 20F des aktiven Bereichs 20 in die vertikale Vertiefung 2V eingekoppelt werden kann . Die Facette 20F ist zugleich eine Seitenwand der vertikalen Vertiefung 2V und bildet somit eine Strahlungsdurchtritts fläche 20S des aktiven Bereichs 3 .
Wie in der Figur 1B schematisch dargestellt , kann elektromagnetische Strahlung S abhängig vom Aufbau des optischen Resonators 4 mit zwei Teilbereichen 41 und 42 an einer Facette 20F in eine Vertiefung 2V oder an zwei gegenüberliegenden Facetten 20F des aktiven Bereichs 3 in zwei gegenüberliegende Vertiefungen 2V eingekoppelt werden . Eine einseitige oder eine beidseitige Emission ist somit möglich . Die Vertiefungen 2V sind mit einem Konvertermaterial der Konverterschicht 3 gefüllt . Abweichend davon ist es möglich, dass die Vertiefungen 2V j eweils mit einer Konverterschicht 3 zum Beispiel in Form eines Konverterplättchens abgedeckt sind ( Figur ID) . Auf einer Bodenfläche der Vertiefung 2V kann eine untere Spiegelschicht 40 angeordnet sein . Die untere Spiegelschicht 40 kann Teil des optischen Resonators 4 oder eine andere untere Spiegelschicht 4B sein . Auch ist es möglich, dass auf der Bodenfläche der Vertiefung 2V eine innere reflektierende Struktur 41 angeordnet ist . Des Weiteren ist es möglich, dass die Bodenfläche und/oder die Seitenwand der Vertiefung 2V mit einer Wärmeleitschicht 60 und/oder einer Passivierungsschicht 61 versehen sind/ ist . Die Seitenwand der Vertiefung 2V bzw . die Facette 20F des aktiven Bereichs 20 kann mit einer Bandpass filterschicht 62 versehen sein .
Wie in der Figur 1B schematisch dargestellt können mehrere aktive Bereiche 20 , insbesondere alle aktiven Bereiche 20 , eine gemeinsame zweite Halbleiterschicht 22 oder eine gemeinsame zweite Halbleiterschichtenfolge 22 teilen . In diesem Sinne sind die aktiven Bereiche 20 zusammenhängend ausgeführt . Auch ist es möglich, dass die aktiven Bereiche 20 eine gemeinsame zusammenhängende erste Halbleiterschicht 21 und/oder eine gemeinsame zusammenhängende aktive Schichtenfolge 23S des Halbleiterkörpers 2 aufweisen .
Abweichend davon ist es möglich, dass die aktiven Bereiche 20 j eweils als individueller vertikal erhöhter Teilbereich des Halbleiterkörpers 2 ausgeführt sind . In diesem Fall können die aktiven Bereiche 20 j eweils eine einzelne erste Halbleiterschicht 21 und eine einzelne aktive Schichtenfolge 23S mit der aktiven Zonen 23 aufweisen . In allen Fällen können/ kann j edem aktiven Bereich 3 ein einzelner Lasersteg 20R und/oder eine einzelne Anschlussschicht 71 ein-eindeutig zugeordnet sein . Der Halbleiterkörper 2 kann einen unteren Bereich 2B aufweisen, der zum Beispiel eine untere Wellenleiterschicht und/oder eine untere Mantelschicht aufweist . Die Wellenleiterschicht kann als gemeinsame untere Wellenleiterschicht für alle aktiven Bereiche 20 ausgeführt sein . Die untere Mantelschicht kann als gemeinsame untere Mantelschicht für alle aktiven Bereiche 20 ausgeführt sein . Jeder der aktiven Bereiche 20 kann eine obere einzelne Mantelschicht aufweisen, die dem aktiven Bereich 20 eineindeutig zugeordnet ist und zum Beispiel in dem zugehörigen Lasersteg 20R angeordnet ist .
Das Bauelement 10 weist einen gemeinsamen Träger 9 auf . Der gemeinsame Träger 9 kann ein Aufwachssubstrat oder verschieden von einem Aufwachssubstrat sein . Der Halbleiterkörper 2 ist auf dem gemeinsamen Träger 9 angeordnet .
Das Bauelement 10 weist eine weitere Kontaktschicht 8 auf einer Unterseite 10B des Bauelements 10 auf . Die Unterseite 10B kann bereichsweise durch Oberfläche der weiteren Kontaktschicht 8 gebildet sein . Zum Beispiel ist die weitere Kontaktschicht 8 zur elektrischen Kontaktierung der zweiten Halbleiterschicht 22 eingerichtet . Der Träger 9 ist entlang der vertikalen Richtung zwischen dem Halbleiterkörper 2 und der weiteren Kontaktschicht 8 angeordnet . I st der Träger 9 nicht elektrisch leitfähig, können Durchkontaktierungen durch den Träger 9 hindurch erzeugt werden .
Abweichend von Figur 1B ist es möglich, dass die Kontaktschicht 7 und die weitere Kontaktschicht 8 auf derselben Seite des Bauelements 10 angeordnet sind . Die Kontaktschicht 7 und die weitere Kontaktschicht 8 können beispielsweise über Via-Hole-Technik auf die Unterseite 10B gezogen werden . Auch ist es möglich, dass die weitere Kontaktschicht 8 auf der Oberseite 10T angeordnet ist , wobei Durchkontaktierungen zum Beispiel durch die erste Halbleiterschicht 21 und die aktive Schichtenfolge 23S hindurch in die zweite Halbleiterschicht 22 zur elektrischen Kontaktierung der zweiten Halbleiterschicht 22 gebildet sind . Auch ist es möglich, dass die aktiven Bereiche 20 , die zum Beispiel j eweils einen Hauptkörper 20H eines Lasers bilden, auf einer CMOS-Struktur , etwa auf einer Si-CMOS-Struktur , angeordnet sind, wobei die CMOS-Struktur die Hauptkörper 20H der Laser einzeln ansteuern, wodurch eine pixelierte laserbasierte Lichtquelle realisiert werden kann .
Das Bauelement 10 weist zumindest eine weitere Spiegelschicht 81 oder mehrere weitere Spiegelschichten 81 auf , die bereichsweise zwischen der weiteren Kontaktschicht 8 und dem Halbleiterkörper 2 angeordnet ist/ sind . Die weitere Spiegelschicht 81 kann Öf fnungen aufweisen, durch die sich die weitere Kontaktschicht 8 hindurch erstreckt . In Draufsicht auf die Unterseite 10B des Bauelements 10 kann/ können die weitere Spiegelschicht 81 oder die weiteren Spiegelschichten 81 die vertikale Vertiefung 2V, insbesondere alle vertikalen Vertiefungen 2V bedecken, etwa vollständig bedecken . Tritt elektromagnetische Strahlungen durch eine Bodenfläche der vertikalen Vertiefung 2V hindurch in Richtung der Unterseite 10B, kann die elektromagnetische Strahlung in Richtung der Oberseite 10T des Bauelements 10 reflektiert werden . Es ist auch möglich, dass die weitere Spiegelschicht 81 oder die weiteren Spiegelschichten 81 in Draufsicht auf die Unterseite 10B die aktive Zone 23 , insbesondere alle aktiven Zonen 23 , teilweise oder vollständig bedeckt /bedecken . Figuren IC und ID zeigen eine mögliche Ausgestaltung der vertikalen Vertiefung 2V . In der Vertiefung 2V ist eine Umlenkstruktur 5 angeordnet oder gebildet . Die Umlenkstruktur 5 ist eingerichtet , elektromagnetische Strahlung in Richtung der Oberseite 10A des Bauelements 10 umzulenken . Zum Beispiel ist die Umlenkstruktur 5 ein Umlenkprisma oder weist die Form eines Umlenkprismas auf . Die Umlenkstruktur 5 kann eine lokale Struktur des Halbleiterkörpers 2 sein . Alternativ ist es möglich, dass die Umlenkstruktur 5 verschieden von einem Halbleitermaterial ist . Die Umlenkstruktur 5 kann eine Spiegelbeschichtung aufweisen .
Gemäß Figur IC ist die vertikale Vertiefung 2V teilweise oder vollständig einem Konvertermaterial der Konverterschicht 3 auf gefüllt . Gemäß Figur ID ist die vertikale Vertiefung 2V in Draufsicht von der Konverterschicht 3 bedeckt , insbesondere vollständig bedeckt . Die Konverterschicht 3 erstreckt sich j edoch nicht in die Vertiefung 2V hinein . Die Konverterschicht 3 kann ein Konverterplättchen sein . Die Vertiefung 2V kann in diesem Fall mit Luft oder mit einem festen Material gefüllt sein, das insbesondere verschieden von einem Konvertermaterial ist .
Das in der Figur 2A dargestellte Aus führungsbeispiel eines Bauelements 10 kann ein Ausschnitt des in den Figuren 1A und 1B dargestellten Aus führungsbeispiels eines Bauelements 10 sein . Gemäß Figur 2A können die Vertiefungen 2V vollständig mit einem Material der Konverterschicht 3 aufgefüllt sein .
Mit den geätzten Laserf acetten 20F eröf fnen sich neue Möglichkeiten, Halbleiter-Lichtquellen in Kombination mit Konvertern zu realisieren, indem Konvertermaterial bereits auf Wafer-Ebene , d . h . im Waferverbund, kostengünstig und besonders facettennah auf die Laserf acetten 20F aufgebracht werden kann .
Das in der Figur 2B dargestellte Aus führungsbeispiel eines Bauelements 10 entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 2A dargestellten Aus führungsbeispiel eines Bauelements 10 . Im Unterschied hierzu sind die Vertiefungen 2V nicht vollständig mit Konvertermaterial der Konverterschicht 3 auf gefüllt . Es befindet sich eine zentral angeordnete Lücke innerhalb der Vertiefung 2V, die nicht mit dem Konvertermaterial gefüllt ist . Diese Lücke erstreckt sich entlang der vertikalen Richtung durch die Konverterschicht 3 hindurch .
Das in der Figur 2C dargestellte Aus führungsbeispiel eines Bauelements 10 entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 2B dargestellten Aus führungsbeispiel eines Bauelements 10 . Im Unterschied hierzu sind die Seitenwände der Vertiefungen 2V verspiegelt , etwa spiegelbeschichtet . Die Spiegelschichten an den Seitenwänden der Vertiefungen 2V können optische Resonatoren 4 , insbesondere Laserresonatoren, bilden .
In Figur 2C ist schematisch dargestellt , dass ein erster Teilbereich 41 und ein zweiter Teilbereich 42 eines gemeinsamen Resonators 4 in zwei benachbarten Vertiefungen 2V angeordnet sind . In einer Vertiefung 2V sind ein erster Teilbereich 41 und ein zweiter Teilbereich 42 verschiedener Resonatoren 4 angeordnet . Entlang der vertikalen Richtung erstreckt sich die aktive Zone 23 des aktiven Bereichs 20 zwischen einem ersten Teilbereich 42 und einem zweiten Teilbereich 42 eines gemeinsamen Resonators 4 . Die Teilbereiche 41 und 42 sind entlang der lateralen Richtung j eweils zwischen dem aktiven Bereich 20 und der Konverterschicht 3 angeordnet . Die Teilbereiche 41 und 42 können insbesondere bezüglich der Material zusammensetzung und/oder der Ref lektivität unterschiedliche Spiegelschichten oder gleichartige Spiegelschichten sein . Zum Beispiel sind die Teilbereiche 41 aus Antireflexbeschichtungen (AR-Verspiegelung) gebildet und die Teilbereiche 42 aus hochreflektierenden Beschichtungen (HR- Verspiegelung) , oder umgekehrt . Figur 2C zeigt ein Aus führungsbeispiel mit unterschiedlichen Spiegelschichten, zum Beispiel mit AR-Verspiegelung und HR-Verspiegelung an beiden Laserf acetten . Zum Beispiel unterscheiden sich die Teilbereiche 41 und 42 bezüglich der Ref lektivität um mindestens 3 % , 5 % , 10 % oder 15 % , zum Beispiel zwischen einschließlich 3 % von 30 % .
Es ist auch möglich, dass die Ref lektivität einer HR- Verspiegelung größer oder gleich 80 % , 90 % oder größer oder gleich 95 % ist , zum Beispiel zwischen einschließlich 80 % und 97 % , zwischen einschließlich 85 % und 95 % , oder zwischen einschließlich 90 % und 95 % . Die Ref lektivität einer AR-Verspiegelung kann zwischen einschließlich 10 % und 70 % , zwischen einschließlich 20 % und 70 % , zwischen einschließlich 30 % und 70 % sein . In diesem Fall können sich die Teilbereiche 41 und 42 bezüglich der Ref lektivität um mindestens 10 % , 20 % , 30 % , 60 % , zum Beispiel zwischen einschließlich 10 % und 70 % , etwa zwischen einschließlich 20 % und 60 % oder zwischen einschließlich 30 % und 50 % voneinander unterscheiden .
Bei der Aus führung mit Verspiegelung an den geätzten
Laserf acetten 20F können Spiegelschichten vor dem Verfüllen mit Konvertermaterial aufgebracht werden . Die Facetten 20F können gleichartig oder unterschiedlich beschichtet werden, um gleichartige oder unterschiedliche Eigenschaften bezüglich der Ref lektivität zu erzielen . Um Rückreflexionen in den Laserresonator zu minimieren, kann auf der Facette 20F ein Bandpass filter 62 mit einem Transmissions fenster für die Laserstrahlung abgeschieden werden .
Das in der Figur 3A dargestellte Aus führungsbeispiel eines Bauelements 10 entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 2C dargestellten Aus führungsbeispiel eines Bauelements 10 . Im Unterschied hierzu zeigt Figur 3A ein Aus führungsbeispiel mit gleichen Spiegelschichten an beiden Laserf acetten 20F . Mit anderen Worten sind die Teilbereiche 41 und 42 gleichartig ausgeführt .
Das in der Figur 3B dargestellte Aus führungsbeispiel eines Bauelements 10 entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 3A dargestellten Aus führungsbeispiel eines Bauelements 10 . Im Unterschied hierzu sind die Teilbereiche 41 und 42 in derselben vertikalen Vertiefung 2V zusammenhängend ausgeführt . Auf einer Bodenfläche der vertikalen Vertiefung 2V ist eine untere Spiegelschicht 40 oder ein unterer Teilbereich 40 des optischen Resonators 4 angeordnet . Die Teilbereiche 40 , 41 und 42 können aus demselben Material , insbesondere aus einem dielektrischen Material , gebildet sein und identische Eigenschaften bezüglich der Ref lektivität aufweisen . Außerdem können die Teilbereiche 40 , 41 und 42 während eines gemeinsamen Verfahrensschritts hergestellt werden .
Im Gegensatz zu einem Laser zum Beispiel mit einer HR- und einer AR-Verspiegelung kann gemäß Figur 3B eine konforme Beschichtung beider Facetten 20F gleichzeitig realisiert werden, z . B . über ALD-Beschichtung, CVD, usw . Die Ref lektivität kann auf beiden Facetten 20F identisch sein, und kann 40 % , 50 % , 60 % betragen . Falls die Beschichtung auch eine Bodenfläche der Vertiefung 2V, i . e . der Facetten- Ausnehmung, bedeckt , wirkt sie vorteilhaft , auch um das Licht nach oben aus zukoppeln . Außerdem kann durch die Spiegelbeschichtung eine elektrische Passivierung der Vertiefungen 2V und/oder der Facetten 20F erreicht werden .
Das in der Figur 3C dargestellte Aus führungsbeispiel eines Bauelements 10 entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 3B dargestellten Aus führungsbeispiel eines Bauelements 10 . Im Unterschied hierzu erstrecken sich die Teilbereiche 41 und 42 bis auf die Oberseite 10A des Bauelements 10 und ragen seitlich über die Facetten 20F aus den Vertiefungen 2V heraus . Die Teilbereiche 41 und 42 grenzten zum Beispiel unmittelbar an die Kontaktschichten 7 und dienen in diesem Fall zusätzlich als I solierungsschichten .
Die in den Figuren 4A, 4B, 4C und 4D dargestellten Aus führungsbeispiele eines Bauelements 10 entsprechen im Wesentlichen dem in der Figur 2A dargestellten Aus führungsbeispiel eines Bauelements 10 . Im Unterschied hierzu ist eine Wärmeleitschicht 60 in der j eweiligen Vertiefung 2V angeordnet . Die Wärmeleitschicht 60 grenzt zum Beispiel mittelbar oder unmittelbar an die Konverterschicht 3 an .
Die Konverterschicht 3 kann durch die Wärmeleitschicht 60 etwa in Form einer wärmeleitenden Beschichtung oder in Plättchen-Form mit dem Laser kombiniert sein, wobei die Wärmeleitschicht 60 oder die Konverterschicht 3 in Plättchen- Form neben der Funktion bezüglich der Konverterentwärmung auch einen Schutz des Konvertermaterials vor Feuchte- und Umwelteinflüssen bietet . In Richtung des Lichtwegs sollte die Wärmeleitschicht 60 für die Laserstrahlung bzw . für die konvertierte Strahlung weitgehend transparent sein . Die Wärmeleitschicht 60 ist daher bevorzugt aus einem strahlungsdurchlässigen Material gebildet , zum Beispiel aus Glas , Saphir oder AIN .
Gemäß Figur 4A bis 4D sind die Vertiefungen 2V teilweise vom Material der Konverterschicht 3 aufgefüllt . In der j eweiligen Vertiefung 2V ist die Wärmeleitschicht 60 angeordnet , wobei die Wärmeleitschicht 60 in Draufsicht die Konverterschicht 3 insbesondere vollständig bedeckt .
Gemäß Figur 4A ist die Wärmeleitschicht 60 lediglich auf einer Oberseite der Konverterschicht 3 angeordnet . Die Oberseite 10T des Bauelements 10 kann bereichsweise durch eine Oberfläche der Wärmeleitschicht 60 gebildet sein . Im Vergleich zur Figur 4A erstreckt sich die Wärmeleitschicht 60 gemäß Figur 4B entlang der vertikalen Richtung durch die Konverterschicht 3 hindurch . Im Vergleich zur Figur 4B ist die Wärmeleitschicht 60 zusätzlich an einer Unterseite der Konverterschicht 3 angeordnet . Im Vergleich zur Figur 4G ist die Wärmeleitschicht 60 gemäß Figur 4D zusätzlich an den Seitenflächen der Konverterschicht 3 bzw . an den Facetten 20F angeordnet . Die Konverterschicht 3 ist gemäß Figur 4D allseitig von der Wärmeleitschicht 60 umschlossen . Wird das Bauelement 10 oder der Waferverbund 10 vereinzelt , können die Trennlinien T entlang der Wärmeleitschicht 60 verlaufen . Mit anderen Worten befindet sich die Wärmeleitschicht 60 bereichsweise im Trennbereich, sodass die Konverterschicht 3 bei der Vereinzelung des Waferverbunds 10 und auch nach der Vereinzelung geschützt ist . Die Trennlinien T sind in der Figur 4B schematisch dargestellt . Die in den Figuren 5A, 5B und 5C dargestellten Aus führungsbeispiele eines Bauelements 10 entsprechen im Wesentlichen dem in der Figur 2A oder 3C dargestellten Aus führungsbeispiel eines Bauelements 10 . Im Unterschied hierzu können die Vertiefungen 2V zur Verbesserung der Lichtauskopplung mit einer weiteren unteren metallischen oder dielektrischen Spiegelschicht 4B oder Kombinationen daraus versehen sein .
In Anwesenheit der unteren Spiegelschicht 40 , die zum Beispiel aus demselben Material wie die Teilbereiche 41 und 42 des optischen Resonators 4 gebildet ist , kann die weitere Spiegelschicht 4B unterhalb oder oberhalb der unteren Spiegelschicht 40 angeordnet sein . Gemäß Figur 5A ist die weitere Spiegelschicht 4B zwischen der Konverterschicht 3 und der unteren Spiegelschicht 40 angeordnet . Gemäß Figur 5B ist die untere Spiegelschicht 40 zwischen der Konverterschicht 3 und der weiteren Spiegelschicht 4B angeordnet . Im Unterschied zur Figur 5A kann die weitere Spiegelschicht 4B in Schnittansicht U- förmig oder strukturiert ausgeführt sein . Entlang der vertikalen Richtung kann sich die weitere Spiegelschicht 4B bis zu einer Stelle knapp unterhalb der aktiven Zone 23 erstrecken .
In allen Aus führungsbeispielen ist es möglich, dass die Konverterschicht 3 entlang der vertikalen Richtung im Wesentlichen bündig mit der Kontaktschicht 7 abschließt (vergleiche Figur 5A) , über die Kontaktschicht 7 herausragt (vergleiche Figur 5B ) oder die Vertiefung 2V nur teilweise auf füllt und somit sich nicht bis zu der Kontaktschicht 7 erstreckt (vergleiche Figur 5C ) . Die Konverterschicht 3 kann auch mit Streupartikeln oder Reflexionspartikeln versehen sein . Des Weiteren ist es möglich, dass sich die Konverterschicht 3 in Draufsicht teilweise auch außerhalb der zugehörigen Vertiefung 2V befindet . Entlang der lateralen Richtung/en kann/ können die Konverterschicht/en 3 seitlich über die Seitenwände der Vertiefung/en 2V hinausragen .
Das in der Figur 6A dargestellte Aus führungsbeispiel eines Bauelements 10 entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 1A dargestellten Aus führungsbeispiel eines Bauelements 10 . Während die Vertiefungen 2V gemäß Figur 1A im Wesentlichen gleiche Querschnitte aufweisen, weisen die Vertiefungen 2V gemäß Figur 6A unterschiedlich große Querschnitte auf . Die Vertiefungen 2V gemäß Figur 1A sind entlang lateraler Richtungen voneinander räumlich beabstandet . In Figur 6A können die Vertiefungen 2V unmittelbar aneinander angrenzen . Abweichend davon ist auch möglich, dass die unterschiedlich großen Vertiefungen 2V voneinander lateral beabstandet sind .
Das in der Figur 6B dargestellte Aus führungsbeispiel eines Bauelements 10 entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 1A dargestellten Aus führungsbeispiel eines Bauelements 10 . Im Unterschied hierzu sind Umlenkstrukturen 5 , zum Beispiel in Form von Umlenkprismen, in den Vertiefungen 2V schematisch dargestellt . In Draufsicht kann die Konverterschicht 3 die zugehörige Umlenkstruktur 5 vollständig bedecken . Die Konverterschicht 3 kann eine Oberfläche aufweisen, die konform zu der Oberfläche der Umlenkstruktur 5 verläuft .
In Figur 7A ist schematisch dargestellt , dass das Bauelement 10 oder der Waferverbund 10 entlang der Trennlinien T in kleinere Einheiten, etwa in kleinere Bauelemente 10 vereinzelt werden kann . Die Trennlinien T befinden sich zum Beispiel zwischen den Kontaktschichten 7 und zwischen den Vertiefungen 2V . Außerdem ist es möglich, dass die Trennlinien T durch die Vertiefungen 2V hindurch verlaufen . Die in den Figuren 7B und 7C dargestellten vereinzelten Bauelemente 10 können Kurzlaserbarren mit mindestens zwei Emittern oder Laserbarren mit einer Mehrzahl von in einer Reihe oder in einer Spalte angeordneten Emittern oder aktiven Bereichen 20 sein . Figur 7A zeigt eine matrixartig angeordnete Laser-Konverter-Einheit . Figur 7B zeigt eine parallel angeordnete Laser-Konverter-Einheit . Figur 7C zeigt eine linear angeordnete Laser-Konverter-Einheit .
Die in den Figuren 8A und 8B dargestellten Aus führungsbeispiele eines Bauelements 10 entsprechen im Wesentlichen dem in der Figur 2A dargestellten Aus führungsbeispiel eines Bauelements 10 .
Das Bauelement 10 kann Laserbarren oder Kurzbarren zum Beispiel aus blauen oder violetten Laserdioden mit geätzten Laserf acetten 20F sein . Die Vertiefungen 2V zum Beispiel in Form von Ätzgräben können abwechselnd mit Konverterschichten 31 und 32 verschiedener Arten, zum Beispiel für kaltweiße und warmweiße Emission, gefüllt sein ( Figuren 8A und 8B ) . Das Bauelement 10 kann nach Auf füllen der Vertiefungen 2V mit Konvertermaterial vereinzelt werden . Zur Erzielung beidseitiger Emission kann das Bauelement 10 entlang der Trennlinien T durch die Vertiefungen 2V hindurch vereinzelt werden ( Figur 8A) . Zur Erzielung einseitiger Emission kann das Bauelement 10 entlang der Trennlinien T , die neben den Vertiefungen 2V verlaufen vereinzelt werden ( Figur 8B ) .
Die in den Figuren 9A und 9B dargestellten Aus führungsbeispiele eines Bauelements 10 entsprechen im Wesentlichen den in den Figuren 8A und 8B dargestellten Aus führungsbeispielen eines Bauelements 10 . Im Unterschied hierzu können die Vertiefungen 2V mit verschiedenfarbigen Konverterschichten 31R, 31B und 31G gefüllt sein . Die Konverterschicht einer ersten Farbe 31R kann zur Umwandlung kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung in elektromagnetische Strahlung im roten Spektralbereich eingerichtet sein . Die Konverterschicht einer zweiten Farbe 31B kann zur Umwandlung kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung in elektromagnetische Strahlung im blauen Spektralbereich eingerichtet sein . Die Konverterschicht einer dritten Farbe 31G kann zur Umwandlung kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung in elektromagnetische Strahlung im grünen Spektralbereich eingerichtet sein . Das in den Figuren 9A und 9B dargestellte Bauelement 10 kann in monolithische RGB-Einheiten mit einseitiger oder beidseitiger Emission vereinzelt werden .
In allen Aus führungsbeispielen ist es möglich, dass die aktive Zone 23 zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung im blauen Spektralbereich eingerichtet ist . In diesem Fall erfolgt die blaue Emission nicht notwendigerweise über die zugehörige Konverterschicht 3 . Der blaue Anteil eines Pixels kann durch direkte Emission einer Laserstrahlung im blauen Spektralbereich erzielt sein . In der zugehörigen Vertiefung 2V können/ kann ein Streuelement und/oder Umlenkungstruktur 5 angeordnet oder gebildet sein .
Insgesamt kann die Konverter-Abscheidung im Waferverbund durchgeführt werden . Der Waferverbund kann anschließend in monolithisch ausgeführte kleinere Einheiten oder Bauelemente 10 vereinzelt werden . In diesem Fall ist kein kostenintensives Barren- oder Einzelchip-Handling nötig . Die Laser-Konverter-Positionierung erfolgt selbst j ustierend, sodass keine aufwendige Justage erforderlich ist . Die Dicke der Konverterschichten 3 kann über die Geometrie der Vertiefungen 2V, etwa über die Grabenbreite oder Grabentiefe definiert werden und ist somit vereinfacht einstellbar . Dies führt insbesondere zu keinen Schwankungen in den Konverterschichten 3 . Auch lässt sich der Farbort über gezielte Variation der Dicke der Konverterschichten 3 variieren . Über die Bestromung der Laserdioden kann durchstimmbarer Farbort erzielt werden .
Das Aufbringen oder Auf füllen des Konvertermaterials kann selektiv in den Vertiefungen 2V, also in den Ätzgräben, zum Beispiel über Abhebetechnik einer Hartätzmaske zum Facettenätzen durchgeführt werden . Außerdem ist kein alterungsinduzierender Wärmeblocker erforderlich . Die Konverterschicht 3 im Facettenätzgraben kann durch Verwendung einer Schutzschicht , zum Beispiel in Form einer Wärmeleitschicht 60 , eines Plättchens oder einer Wärmesenke bei p-side-down Montage gegen Feuchte und Umwelteinflüssen geschützt werden, wobei die Konverter-Entwärmung gleichzeitig sichergestellt werden .
Es ist möglich, monolithische Laser-Konverter-Einheit zu realisieren, deren Farbort über die j eweilige Leistung der Laser-Emitter für kaltweiße Emission und warmweiße Emission einstellbar ist . Eine exakt definierbare Dicke der Konverterschicht 3 ist steuerbar über die Geometrie der Vertiefung 2V bzw . des Ätzgrabens . Auch eine monolithische Laser-Konverter-Einheit ist realisierbar, deren Emission über die j eweilige Leistung der Laser-Emitter für RBG-Anwendungen einstellbar ist . Die Größe des Bauelements 10 kann bei der Vereinzelung des Laser-Wafers eingestellt werden, etwa durch Brechen oder Sägen des Laser-Wafers in (Kurz- ) Barren insbesondere entlang einer kristallographischen Achse . Figuren 10A, 10B, I OC, 10D, 10E , 10F, 10G, 10H, 11A, 11B und 11C zeigen weitere Aus führungsbeispiele eines Bauelements 10 j eweils in Draufsicht . In diesen Aus führungsbeispielen weist das Bauelement 10 insbesondere für die aktiven Bereiche 20 eine gemeinsame Vertiefung 2VG, etwa eine äußere gemeinsame Vertiefung 2VG auf , die mit dem Konvertermaterial der Konverterschicht 3 bedeck ist . Die aktiven Bereiche 20 können als lokale Erhöhungen des Halbleiterkörpers ausgeführt sein .
Die aktiven Bereiche 20 bilden zum Beispiel Hauptkörper 20H von Mikrolasern, insbesondere von lokalen Mikrolasern, des Bauelements 10 . Die lichterzeugenden Regionen des Bauelements 10 weisen zum Beispiel eine Anordnung von solchen Mikrolasern auf , die im Wesentlichen ganz flächig gepumpt werden und in einer Art von Ringmoden Laserstrahlungen emittieren . Das Laserlicht kann ausgekoppelt und im umgebenden Konvertermaterial zumindest teilweise konvertiert werden .
Die Mikrolaser können ein- oder zweidimensional angeordnet sein . Die Mikrolaser oder die aktiven Bereiche 20 können gleiche oder unterschiedliche Geometrie oder Größen aufweisen . Die Anordnung der Mikrolaser kann matrixartig, wabenförmig, zeilenartig, spaltenartig, gleichmäßig oder ungleichmäßig sein . Zum Beispiel weisen die aktiven Bereiche 20 benachbarte Facetten 20F auf , die einen Winkel bilden, der zur Gitterstruktur des verwendeten Halbleitermaterials passt . Der Winkel kann 60 ° oder Viel fache von 60 ° bei hexagonaler Kristallstruktur wie z . B . bei GaN, oder 90 ° oder Viel fache von 90 ° bei kubischer Kristallstruktur sein . Zum Beispiel ist zumindest eine Facette 20F oder eine Mehrzahl von Facetten 20F m-Fläche/n oder a-Fläche/n . Es ist möglich, dass alle Facetten 20F m- oder a-Flächen sind . Figur 10A zeigt eine gleichmäßige Anordnung von kreis förmigen Mikrolasern 10M, die in lateralen Richtungen von der Konverterschicht 3 umgeben sind . Figur 10B zeigt eine gleichmäßige , insbesondere wabenförmige Anordnung von hexagonalen Mikrolasern 10M . Die Mikrolaser 10M können j eweils einen Grundriss in Form eines regelmäßigen Hexagons aufweisen . Figur I OC zeigt eine gleichmäßige Anordnung von rechteckigen, insbesondere quadratischen Mikrolasern 10M . Figur 10D zeigt eine gleichmäßige Anordnung von dreieckigen Mikrolasern 10M . Die Mikrolaser 10M können j eweils einen Grundriss in Form eines gleichseitigen Dreiecks aufweisen .
Weitere mögliche Anordnungen von Mikrolasern 10M mit gleichen oder unterschiedlichen Grundrissen sind in den Figuren 10E , 10F, 10G und 10H schematisch dargestellt . Das Bauelement 10 können Mikrolaser 10M mit unterschiedlichen Grundrissen und unterschiedlichen Größen oder Mikrolaser 10M mit gleichen Grundrissen und gleichen Größen aufweisen . Die Mikrolaser 10M können dreieckige , viereckige oder sechseckige Grundrisse mit Innenwinkeln von 60 ° , 90 ° und/oder 120 ° , insbesondere ausschließlich mit Innenwinkeln von 60 ° , 90 ° und/oder 120 ° aufweisen . Weitere Grundrisse etwa in Form eines gleichseitigen Dreiecks , eines Trapezes , eines Parallelogramms oder eines Hexagons zum Beispiel zumindest mit einem Innenwinkel von 60 ° oder 120 ° sind ebenfalls denkbar .
Die in den Figuren 11A, 11B und 11C dargestellten Aus führungsbeispiele eines Bauelements 10 entsprechen im Wesentlichen den in den Figuren 10A und 10B dargestellten Aus führungsbeispielen eines Bauelements 10 . Im Unterschied hierzu weist der Halbleiterkörper 2 oder die Mehrzahl der aktiven Bereiche 20 innere Vertiefungen 2VI auf . Die inneren Vertiefungen 2VI können mit dem Konvertermaterial der Konverterschicht 3 oder mit einem Material verschieden von einem Konvertermaterial aufgefüllt sein . Es ist auch möglich, dass die inneren Vertiefungen 2VI of fen sind, also mit Luft gefüllt sind . Insbesondere weist j eder aktive Bereich 20 oder j eder Hauptkörper 20H des Mikrolasers 10M eine solche innere Vertiefung 2VI auf . Die innere Vertiefung 2VI kann einen Querschnitt in Form eines Kreises , eines Dreiecks , insbesondere eines regelmäßigen Dreiecks , eines Hexagons , insbesondere eines regelmäßigen Dreiecks , aufweisen . In Anwesenheit der inneren Vertiefungen 2VI kann die Ef fi zienz des Bauelements 10 verbessert werden .
Figur 12A zeigt ein Aus führungsbeispiel eines Bauelements 10 in Form eines sechseckigen Lasers , insbesondere eines sechseckigen Pumplasers . Der Halbleiterkörper 2 weist eine hexagonale Vertiefung 2V auf . Eine Mehrzahl von aktiven Bereichen 20 j eweils mit einem Lasersteg 20R grenzt an die hexagonale Vertiefung 2V an . Insbesondere grenzen sechs Laserstege 20R an sechs verschiedene Facetten 20S der sechs aktiven Bereiche 20 bzw . an sechs verschiedene Seitenwände der hexagonale Vertiefung 2V an . Die hexagonale Vertiefung 2V ist in diesem Fall als innere gemeinsame vertikale Vertiefung 2VIG ausgeführt . Die innere gemeinsame vertikale Vertiefung 2VIG kann einen Grundriss in Form eines regelmäßigen Hexagons aufweisen . Insbesondere sind zumindest einige oder alle Facetten 20S oder Seitenwände der Vertiefung 2V m-Flächen .
Der Halbleiterkörper 2 basiert insbesondere auf einem Nitrid- Verbindungsmaterial , etwa auf GaN . Der GaN-Kristall hat sechs symmetrische m-Flächen . Diese Kristall flächen werden in alkalischen Lösungen sehr viel langsamer geätzt , als andere Kristall flächen mit höheren Indices . Aus diesem Grund können 6-eckige Chips erzeugen, die sechs Laserbereiche aufweisen, die j eweils geätzte Facetten 20F haben, wobei die Emission in einem Punkt überlappt . Die mittig angeordnete innere gemeinsame vertikale Vertiefung 2VIG kann mit Konvertermaterial der Konverterschicht 3 gefüllt sein .
I st eine vertikale Vertiefung 2V als innere gemeinsame vertikale Vertiefung 2VIG einer Mehrzahl von aktiven Bereichen 20 ausgeführt , kann j ede der Seitenwände der inneren gemeinsamen vertikalen Vertiefung 2VIG, die j eweils durch eine Facette 20F eines der angrenzenden aktiven Bereiche 20 gebildet ist , als Strahlungsdurchtritts fläche 20S ausgeführt sein . Abweichend von der Figur 12A es ist möglich, dass die innere gemeinsame vertikale Vertiefung 2VIG einen dreieckigen oder viereckigen Grundriss aufweist . Ein Querschnitt der inneren gemeinsamen vertikalen Vertiefung 2VIG kann auch ein Rechteck, Quadrat oder ein gleichseitiges Dreieck sein .
Die in den Figuren 12B und 12C dargestellten Aus führungsbeispiele eines Bauelements 10 entsprechen im Wesentlichen dem in der Figuren 12A dargestellten Aus führungsbeispiel eines Bauelements 10 . Im Unterschied hierzu sind die Kontaktschichten 7 expli zit dargestellt . Jede der Kontaktschichten 7 kann eine strei fenartig verlaufende Anschlussschicht 71 bzw . einen strei fenartig verlaufenden Lasersteg 20R bedecken . Insbesondere verlaufen Laserstege 20R j eweils senkrecht zu einer der Seitenwände der inneren gemeinsamen vertikalen Vertiefung 2VIG . Figur 12B zeigt getrennte Kontaktschichten 7 oder getrennte Kontaktpads 7 , über die die sechs aktiven Bereiche 20 des Pumplasers individuell angesteuert werden können, z . B . durch einer Montage auf einen IC . Aufgrund der einzelnen Ansteuerung kann ein größerer dynamischer Bereich (high dynamic range ) der Beleuchtung einfacher erreicht werden . Alternativ können auch drei Pumplaser im 120 ° Winkel zueinander verwendet werden . Gemäß Figur 12C können die Kontaktschichten 7 über Leiterbahnen 70 miteinander elektrisch leitend verbunden sein .
Das in der Figur 12D dargestellte Aus führungsbeispiel eines Bauelements 10 entspricht im Wesentlichen den in den Figuren 12A bis 12C dargestellten Aus führungsbeispielen eines Bauelements 10 . Im Unterschied hierzu weist das Bauelement 10 in Draufsicht ein Netzwerk aus einer Mehrzahl von sechseckigen Vertiefungen 2V und einer Mehrzahl von aktiven Bereichen 20 auf . Auf diese Weise können auch Anordnungen, insbesondere wabenförmige Anordnungen, von Pixeln erzeugt werden, bei denen elektromagnetische Strahlung j e an einer Vorderseite und an einer Rückfacette des j eweiligen Lasers , i . e . des j eweiligen aktiven Bereichs 20 , in die innere gemeinsame Vertiefung 2VIG eingekoppelt wird .
Das in der Figur 12E dargestellte Aus führungsbeispiel eines Bauelements 10 entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 12D dargestellten Aus führungsbeispielen eines Bauelements 10 . Im Unterschied hierzu ist in den Vertiefungen 2V j eweils eine innere reflektierende Struktur 41 angeordnet . Die innere reflektierende Struktur 41 kann eine Struktur mit Spiegelbeschichtung sein, etwa eine HR-Verspiegelung . Dadurch kann elektromagnetische Strahlung, die nicht vom Konvertermaterial der Konverterschicht 3 absorbiert wurde , zurückreflektiert werden und die Konverterschicht 3 mehrmals durchlaufen .
In Figur 12D ist eine Schnittlinie AB dargestellt . Entlang dieser Linie kann das Bauelement 10 eine Schnittansicht aufweisen, die zum Beispiel in einer der Figuren 1B und 2A bis 5C schematisch dargestellt ist . Das Bauelement 10 gemäß den Aus führungsbeispielen in den Figuren 10A bis 12E können also optische Resonatoren 4 , Wärmeleitschichten 60 , Passivierungsschichten 61 , Bandpass filterschichten 62 , Umlenkstrukturen 5 oder weitere in den Figuren 1A bis 9B dargestellten Bestandteile des Bauelements 10 aufweisen, die aus Ubersichtlichkeitsgründen in den Figuren 10A bis 12E teilweise nicht dargestellt sind .
Figur 13 zeigt eine Vertiefung 2V in Form eines Hexagons , insbesondere eines regelmäßigen Hexagons , dessen Seitenflächen m-Flächen sind . Außerdem sind die c-Richtung und die a-Richtung schematisch dargestellt . In allen hier Aus führungsbeispielen eines Bauelements 10 ist es möglich, dass die Vertiefung/en 2V mindestens oder genau eine Seitenwand, mindestens oder genau zwei Seitenwände , mindestens oder genau drei Seitenwände oder alle Seitenwände aufweist/aufweisen, die m-Fläche/n ist/ sind .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2021 129 563 . 7 , deren Of fenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung der Erfindung anhand der Aus führungsbeispiele auf diese beschränkt . Die Erfindung umfasst vielmehr j edes neue Merkmal sowie j ede Kombination von Merkmalen, was insbesondere j ede Kombination von Merkmalen in den Ansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Ansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugs zeichenliste
10 Bauelement , Waferverbund
10M Teilabschnitt des Bauelements/ Mikrolaser
10T Oberseite des Bauelements
10B Unterseite des Bauelements
2 Halbleiterkörper
2B unterer Bereich des Halbleiterkörpers/ des Bauelements
2V Vertiefung des Halbleiterkörpers
2VG gemeinsame Vertiefung/ äußere gemeinsame Vertiefung
2VI innere Vertiefung
2VIG innere gemeinsame vertikale Vertiefung
20 aktiver Bereich des Halbleiterkörpers
20H Hauptkörper des Teilabschnitt des Bauelements/ Hauptkörper des Mikrolasers
20F Facette des aktiven Bereichs
20S Strahlungsdurchtritts fläche des aktiven Bereichs
20R Ridge/ Steg/ Lasersteg des Bauelements
21 erste Halbleiterschicht/ Halbleiterschichtenfolge
22 zweite Halbleiterschicht/ Halbleiterschichtenfolge
23 aktive Zone des aktiven Bereichs
23S aktive Schichtenfolge des Halbleiterkörper
3 Konverterschicht
31 Konverterschicht erster Art
32 Konverterschicht zweiter Art
31R Konverterschicht erster Farbe
31G Konverterschicht zweiter Farbe
31B Konverterschicht dritter Farbe 4 Spiegelschicht/ optischer Resonator
41 erster Teilbereich des optischen Resonators
42 zweiter Teilbereich des optischen Resonators
40 untere Spiegelschicht/ unterer Teilbereich des optischen Resonators
4B untere Spiegelschicht
41 innere reflektierende Struktur
5 Umlenkstruktur
60 Wärmeleitschicht
61 Passivierungsschicht
62 Bandpass filterschicht
7 Kontaktschicht
70 Leiterbahn der Kontaktschicht
71 Anschlussschicht
8 weitere Kontaktschicht
81 weitere Spiegelschicht
9 Träger/ Substrat/ Aufwachssubstrat
S Strahlung
T Trennlinie

Claims

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Patentansprüche
1. Bauelement (10) mit einem Halbleiterkörper (2) und zumindest einer Konverterschicht (3) , wobei
- der Halbleiterkörper (2) zumindest einen aktiven Bereich (20) mit einer aktiven Zone (23) aufweist, die zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung (S) eingerichtet ist,
- der Halbleiterkörper (2) zumindest eine vertikale Vertiefung (2V) aufweist, wobei eine Seitenwand der Vertiefung (2V) durch eine sich vertikal erstreckende Facette (20F) des aktiven Bereichs (20) gebildet ist, die als Strahlungsdurchtrittsfläche (20S) des aktiven Bereichs (20) ausgeführt ist, und
- die Konverterschicht (3) in Draufsicht die Vertiefung (2V) bedeckt oder zumindest teilweise auf füllt.
2. Bauelement (10) nach Anspruch 1, das eine Mehrzahl von vertikalen Vertiefungen (2V) und eine Mehrzahl von aktiven Bereichen (20) aufweist, wobei
- die aktiven Bereiche (20) arrayartig oder matrixartig angeordnet sind,
- die aktiven Bereiche (20) jeweils entlang einer lateralen Richtung zwischen zwei vertikalen Vertiefungen (2V) angeordnet sind,
- die aktiven Bereiche (20) jeweils einen Lasersteg (20R) aufweisen, und
- die Laserstege (20R) der aktiven Bereiche (20) parallel zueinander gerichtet sind.
3. Bauelement (10) nach Anspruch 1, das eine Mehrzahl von aktiven Bereichen (20) aufweist, wobei 50
- die aktive Bereiche (20) jeweils eine aktive Zone (23) aufweisen und jeweils als lokaler vertikal erhöhter Teilbereich des Halbleiterkörpers (2) ausgeführt sind,
- die vertikale Vertiefung (2V) als gemeinsame Vertiefung (2VG) ausgeführt ist und in Draufsicht auf den Halbleiterkörper (2) die aktiven Bereiche (20) lateral umgibt, und
- die gemeinsame Vertiefung (2VG) von der Konverterschicht (3) zumindest teilweise aufgefüllt ist.
4. Bauelement (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die aktiven Bereiche (20) jeweils eine innere vertikale Vertiefung (2V, 2VI ) aufweisen, wobei die inneren vertikalen Vertiefungen (2V, 2VI ) jeweils mit einem Konvertermaterial gefüllt sind.
5. Bauelement (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 4, bei dem die aktiven Bereiche (20) jeweils als aktiver Hauptkörper (20H) eines Mikrolasers (10M) ausgeführt sind.
6. Bauelement (10) nach Anspruch 1, das eine Mehrzahl von aktiven Bereichen (20) aufweist, wobei
- die vertikale Vertiefung (2V) als innere gemeinsame vertikale Vertiefung (2VIG) ausgeführt und in Draufsicht von den aktiven Bereichen (20) lateral umgeben ist,
- die innere gemeinsame vertikale Vertiefung (2VIG) Seitenwände aufweisen, die durch sich vertikal erstreckende Facetten (20F) der umgebenden aktiven Bereiche (20) gebildet sind.
7. Bauelement (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die innere gemeinsame vertikale Vertiefung (2VIG) eine innere reflektierende Struktur (41) aufweist, die mittig 51 in der inneren gemeinsamen vertikalen Vertiefung (2VIG) angeordnet ist.
8. Bauelement (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 7, bei dem die innere gemeinsame vertikale Vertiefung (2VIG) genau drei oder genau sechs aneinander angrenzende Seitenwände aufweist, die durch die Facetten (20F) der umgebenden aktiven Bereiche (20) gebildet sind, wobei die Facetten (20F) m-Flächen sind.
9. Bauelement (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, das eine Mehrzahl von inneren gemeinsamen vertikalen Vertiefungen (2VIG) aufweist, die in Draufsicht jeweils von den angrenzenden aktiven Bereichen (20) lateral umgeben sind.
10. Bauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- der aktive Bereich (20) zur Erzeugung kohärenter elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist,
- die Strahlungsdurchtrittsfläche (20S) eine geätzte Laserfacette ist, und
- das Bauelement (10) eine Laseranordnung ist.
11. Bauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sich die Vertiefung (2V) entlang der vertikalen Richtung durch die aktive Zone (23) hindurch erstreckt, wobei das Bauelement (10) im Betrieb eingerichtet ist, die von der aktiven Zone (23) erzeugte elektromagnetische Strahlung (S) entlang lateraler Richtung durch die Strahlungsdurchtrittsfläche (20S) hindurch in die Vertiefung (2V) hinein zu emittieren.
12. Bauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 52 bei dem der aktive Bereich (20) einen Lasersteg (20R) aufweist, der in Draufsicht auf den Halbleiterkörper (2) quer zu der Facette (20F) des aktiven Bereichs (20) verläuft und eingerichtet ist, im Betrieb des Bauelements (10) erzeugte elektromagnetische Strahlung (S) in die vertikale Vertiefung (2V) zu leiten.
13. Bauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Halbleiterkörper (2) mindestens eine weitere vertikale Vertiefung (2V) aufweist, wobei
- ein erster Teilbereich (41) eines optischen Resonators (4) in der vertikalen Vertiefung (2V) und an der Strahlungsdurchtrittsfläche (20S) des aktiven Bereichs (20) angeordnet ist,
- ein zweiter Teilbereich (42) des optischen Resonators (4) in der weiteren vertikalen Vertiefung (2V) angeordnet ist,
- sich die aktive Zone (23) entlang lateraler Richtung zwischen dem ersten Teilbereich (41) des optischen Resonators (4) und dem zweiten Teilbereich (42) des optischen Resonators (4) erstreckt, und
- der erste Teilbereich (41) des optischen Resonators (4) und der zweite Teilbereich (42) des optischen Resonators (4) gleichartige Ref lektivität aufweisen.
14. Bauelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem der Halbleiterkörper (2) mindestens eine weitere vertikale Vertiefung (2V) aufweist, wobei
- ein erste Teilbereich (41) eines optischen Resonators (4) in der vertikalen Vertiefung (2V) angeordnet ist,
- ein zweiter Teilbereich (42) des optischen Resonators (4) in der weiteren vertikalen Vertiefung (2V) angeordnet ist, - sich die aktive Zone (23) entlang lateraler Richtung zwischen dem ersten Teilbereich (41) des optischen Resonators (4) und dem zweiten Teilbereich (42) des optischen Resonators (4) erstreckt, und
- der erste Teilbereich (41) des optischen Resonators (4) und der zweite Teilbereich (42) des optischen Resonators (4) unterschiedliche Ref lektivitäten aufweisen.
15. Bauelement (10) nach einem der Ansprüche 13 bis 14, bei dem der erste Teilbereich (41) des optischen Resonators
(4) und der zweite Teilbereich (42) des optischen Resonators
(4) elektrisch isolierend ausgeführt sind.
16. Bauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- eine Bodenfläche der vertikalen Vertiefung (2V) mit einer Spiegelschicht (40, 40B) versehen ist, und/oder
- eine Umlenkstruktur (5) in der vertikalen Vertiefung (2V) gebildet ist.
17. Bauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest eine der folgenden Schichten in der Vertiefung (2V) angeordnet ist: eine Bandpassfilterschicht
(62) , eine Passivierungsschicht (61) und eine Wärmeleitschicht (60) .
18. Bauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest eine Seitenwand der Vertiefung (2V) durch eine m-Fläche gebildet ist.
19. Verfahren zur Herstellung eines Bauelements (10) mit einem Halbleiterkörper (2) und zumindest einer Konverterschicht (3) mit folgenden Schritten: A) Bereitstellen des Halbleiterkörpers (2) , wobei der Halbleiterkörper (2) eine aktive Schichtenfolge (23S) aufweist ;
B) Ausbilden zumindest einer vertikalen Vertiefung (2V) oder einer Mehrzahl von vertikalen Vertiefungen (2V) in dem Halbleiterkörper (2) , sodass sich die vertikale Vertiefung (2V) oder die Mehrzahl der vertikalen Vertiefungen (2V) durch die aktive Schichtenfolge (23S) hindurch erstreckt, wobei
- der Halbleiterkörper (2) zumindest einen aktiven Bereich (20) mit einer aktiven Zone (23) aufweist,
- die aktive Zone (23) ein Teilbereich der aktiven Schichtenfolge (23S) ist, und
- eine Seitenwand der Vertiefung (2V) durch eine sich vertikal erstreckende Facette (20F) des aktiven Bereichs (20) gebildet ist, die als Strahlungsdurchtrittsfläche (20S) des aktiven Bereichs (20) ausgeführt ist; und
C) Anbringen der zumindest einen Konverterschicht (3) auf der vertikalen Vertiefung (2V) oder Auffüllen der vertikalen Vertiefung (2V) mit einem Konvertermaterial zur Bildung der zumindest einen Konverterschicht (3) .
20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem
- die vertikale Vertiefung (2V) oder die Mehrzahl der vertikalen Vertiefungen (2V) durch einen Ätzprozess gebildet wird, und
- das Anbringen der zumindest einen Konverterschicht (3) oder das Auffüllen der vertikalen Vertiefung (2V) mit dem Konvertermaterial auf Waferebene erfolgt, bevor der Halbleiterkörper (2) vereinzelt wird.
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