DE102018125496A1

DE102018125496A1 - Halbleiterlaser und Herstellungsverfahren für Halbleiterlaser

Info

Publication number: DE102018125496A1
Application number: DE102018125496.2A
Authority: DE
Inventors: Muhammad Ali; Harald König; Sven Gerhard; Alfred Lell
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2018-10-15
Filing date: 2018-10-15
Publication date: 2020-04-16
Also published as: US20210391685A1; JP2022504105A; WO2020078744A1; JP7154405B2; US12009632B2

Abstract

In einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterlaser (1) eine Halbleiterschichtenfolge (2) zur Erzeugung von Laserstrahlung (L). Die Halbleiterschichtenfolge (2) weist an einer Oberseite (20) eine geometrische Strukturierung (5) auf. Ein Resonator (4) liegt in der Halbleiterschichtenfolge (2) und ist von gegenüberliegenden Facetten (3) begrenzt, wobei die Facetten (3) optisch wirksame Resonatorendflächen (42) beinhalten. Die Strukturierung (3) endet von den Facetten (3) beabstandet. Die Resonatorendflächen (42) sind beabstandet von Materialwegnahmen aus der Halbleiterschichtenfolge (2) heraus.

Description

Es wird ein Halbleiterlaser angegeben. Darüber hinaus wird ein Herstellungsverfahren für Halbleiterlaser angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe liegt darin, einen Halbleiterlaser anzugeben, der mit hohen optischen Leistungsdichten betreibbar ist.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch einen Halbleiterlaser und durch ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der hier beschriebene Halbleiterlaser weist insbesondere Facetten auf, die in Bereichen, die für die Laserstrahlung relevant sind, frei von nachträglichen Materialwegnahmen wie Ätzen ist. Damit lassen sich die Facetten in hoher Qualität mittels Brechen erzeugen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterlaser eine Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge beinhaltet eine oder mehrere aktive Zonen zur Erzeugung von Laserstrahlung. Eine Wellenlänge maximaler Intensität der Laserstrahlung liegt beispielsweise im nahen ultravioletten Spektralbereich oder im blauen Spektralbereich, zum Beispiel bei einer Wellenlänge von mindestens 340 nm und/oder von höchstens 480 nm oder 540 nm. Alternativ weist die Laserstrahlung eine Wellenlänge maximaler Intensität im grünen, gelben oder roten Spektralbereich oder auch im nahinfraroten Spektralbereich auf.
Die Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mN oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mP oder auch um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mAs oder wie Al_nGa_mIn_1-n-mAs_kP_1-k, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 sowie 0 ≤ k < 1 ist. Bevorzugt gilt dabei für zumindest eine Schicht oder für alle Schichten der Halbleiterschichtenfolge 0 < n ≤ 0,8, 0,4 ≤ m < 1 sowie 0 ≤ k ≤ 0,5. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Bevorzugt basiert die Halbleiterschichtenfolge auf dem Materialsystem Al_nIn_1-n-mGa_mN, kurz AlInGaN, und ist zur Erzeugung von nahultravioletter Strahlung oder von blauem Licht eingerichtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Halbleiterschichtenfolge an einer Oberseite zumindest eine geometrische Strukturierung auf. Bei der geometrischen Strukturierung handelt es sich insbesondere um eine Materialwegnahme vom Material aus der Halbleiterschichtenfolge nach dem Wachsen der Halbleiterschichtenfolge. Zum Beispiel handelt es sich bei der Strukturierung um Mesaflanken an der Halbleiterschichtenfolge. Im Bereich der Strukturierung ist die Halbleiterschichtenfolge jedoch noch teilweise vorhanden. Mit anderen Worten hat die Halbleiterschichtenfolge im Bereich der Strukturierung eine endliche Dicke und damit auch eine Oberseite.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Halbleiterlaser einen Resonator auf. Der Resonator verläuft vollständig oder überwiegend innerhalb der Halbleiterschichtenfolge. Der Resonator ist von zwei bevorzugt gegenüberliegenden Facetten der Halbleiterschichtenfolge begrenzt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhalten die Facetten optisch wirksame Resonatorendflächen. Die Resonatorendflächen sind entsprechend solche Bereiche der Facetten, die mit der im Resonator geführten Laserstrahlung in Berührung kommen oder die nahe an Bereichen liegen, an denen die Laserstrahlung reflektiert wird oder durch die die Laserstrahlung hindurchtritt. Nahe an der Laserstrahlung bedeutet insbesondere an einem Stegwellenleiter.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform endet die Strukturierung von mindestens einer der Facetten beabstandet. Bevorzugt endet die Strukturierung von beiden Facetten beabstandet. Das heißt, die Strukturierung reicht nicht bis an die Facette oder die Facetten heran.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist mindestens eine der Resonatorendflächen oder sind bevorzugt beide Resonatorendflächen von Materialwegnahmen aus der Halbleiterschichtenfolge heraus beabstandet. Damit sind die Facetten im Bereich der Resonatorendflächen ausschließlich durch Brechen erzeugt. Somit sind hochqualitative Facetten erreichbar, die eine nur geringe Defektdichte aufweisen und die hohe optische Ausgangsleistungen ermöglichen.
Der Halbleiterlaser kann ein Monomodenlaser oder auch ein Multimodenlaser sein.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterlaser eine Halbleiterschichtenfolge zur Erzeugung von Laserstrahlung. Die Halbleiterschichtenfolge weist an einer Oberseite mindestens eine geometrische Strukturierung auf. Ein Resonator liegt in der Halbleiterschichtenfolge und ist von zwei zum Beispiel gegenüberliegenden Facetten der Halbleiterschichtenfolge begrenzt, wobei die Facetten optisch wirksame Resonatorendflächen beinhalten. Die Strukturierung endet von mindestens einer der Facetten beabstandet. Mindestens eine der Resonatorendflächen ist beabstandet von Materialwegnahmen aus der Halbleiterschichtenfolge heraus, insbesondere eine zur Auskopplung eingerichtete Resonatorendfläche.
Laserdioden sind Kernkomponenten von Anwendungen wie Projektionsanwendungen, Beleuchtungsanwendungen oder der Materialbearbeitung. Aufgrund der hohen optischen Ausgangsleistungsdichten von Laserdioden, die im Bereich von mehr als 10 MW pro Quadratzentimeter liegen, sind weitere Anwendungen von Laserdioden möglich. Im Vergleich hierzu weisen herkömmliche Leuchtdioden, kurz LED's, optische Leistungsdichten im Bereich von weniger als 1 kW pro Quadratzentimeter auf.
Andererseits besteht aufgrund der sehr hohen optischen Leistungsdichten bei Laserdioden ein erhöhtes Risiko von Facettenschäden. Um Schäden zu vermeiden oder deren Risiko zu reduzieren, sind defektfreie Facetten erforderlich, die mittels Spalten erzeugt werden. Ohne hochqualitative Facetten sind keine hohen optischen Leistungsdichten mit großer Zuverlässigkeit erzielbar.
Laserdioden mit unebenen oder beschädigten Facettenbereichen im Fokus der Laserstrahlung leiden unter erhöhten Schwellströmen, reduzierten differentialen Effizienzen, englisch slope efficiency, und einer geringeren elektrooptischen Effizienz. Außerdem haben Defekte oder Schäden an Laserfacetten starke Auswirkungen auf ein optisches Fernfeld des Lasers und können die Ausbeute im Herstellungsverfahren für Laserdioden dramatisch senken. Ferner ist die Langzeitstabilität von Laserbauteilen stark von der Qualität der Laserfacetten abhängig. Im schlimmsten Fall kann die Laserdiode einen katastrophalen optischen Schaden während des Betriebs erleiden. Solche Schäden werden auch als Catastrophic Optical Damage oder kurz COD bezeichnet.
Bei dem hier beschriebenen Halbleiterlaser lassen sich über Brechen erzeugte Facetten in hoher Qualität erzeugen, sodass Defekte an den Facetten minimiert werden. Die Begriffe Spalten und Brechen werden vorliegend synonym verwendet.
Bei herkömmlichen indexgeführten Lasern, die auf einer Stegwellenleitertechnologie basieren, wird die Indexführung durch geätzte Bereiche im Halbleitermaterial erreicht, sodass ein Stegwellenleiter durch Materialwegnahme aus der Halbleiterschichtenfolge heraus erzielt wird. Nach dem Ätzen des Halbleitermaterials im Bereich der optischen Mode wird eine Passivierung auf diese Bereiche an beiden Seiten des Stegwellenleiters aufgebracht, wobei die Passivierung einen niedrigeren Brechungsindex aufweist. Das Brechen oder Spalten zum Erzeugen der Laserfacetten verläuft durch diese unebenen Gebiete am Stegwellenleiter und führt typischerweise zu Bereichen mit einer erhöhten Defektdichte, die einen starken Einfluss auf die Leistungsfähigkeit, Ausbeute und Stabilität des Lasers haben.
Bei dem hier beschriebenen Halbleiterlaser wird insbesondere ein Stegwellenleiter nahe an den Facetten in Draufsicht gesehen hammerförmig gestaltet, sodass eine Breite des Stegwellenleiters hin zu den Facetten abrupt zunimmt. Dies gilt hin in Richtung einer Auskoppelfacette und/oder in Richtung hin zu einer reflektierenden Facette. Dadurch, dass beim Brechen zum Erzeugen der Facetten keine Unebenheiten an der Halbleiterschichtenfolge vorliegen, können die Facetten im Bereich der Resonatorendflächen mit einer signifikant reduzierten Defektdichte und mit höherer Qualität erzeugt werden. Außerdem lässt sich während des Herstellens und des Erzeugens der Facetten eine bessere Prozesskontrolle und Prozessstabilität erreichen. Weiterhin ist es möglich, hierdurch die Leistungsdaten des Halbleiterlasers zu verbessern.
Bei dem hier beschriebenen Halbleiterlaser werden während des Herstellens also Materialwegnahmen an den Facetten vermieden. Solche Materialwegnahmen sind beispielsweise nasschemisches oder trockenchemisches Ätzen. Das heißt, insbesondere ein trockenchemisches Ätzen zum Erzeugen des Stegwellenleiters oder zur Erzeugung von Mesaflanken wird entlang des Resonators in kürzeren Bereichen durchgeführt als bei herkömmlichen Halbleiterlasern. Damit kann das Brechen der Facetten in flachen Regionen der Halbleiterschichtenfolge mit hoher Qualität erfolgen.
Die Regionen, in denen die Facetten erzeugt werden, können frei von Beschichtungen sein oder auch beschichtet werden. Insbesondere können Beschichtungen verwendet werden, die eine Anpassung einer Bruchwellengeschwindigkeit erzielen. Damit lassen sich Bruchwellen im Halbleitermaterial gezielter führen und ein gleichmäßigeres Brechen lässt sich erreichen. Solche Beschichtungen sind beispielsweise aus Halbleitermaterialien wie Silizium, II-VI-Halbleitermaterialien oder III-N-Halbleitermaterialien, aus isolierenden Schichten wie Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, Zinkoxid, ITO oder Aluminiumoxid. Bevorzugt sind solche Beschichtungen jedoch aus zumindest einem Metall. Materialkombinationen, insbesondere aus Metallschichten und aus Halbleiterschichten, können ebenso herangezogen werden.
Ein flaches Netz aus Strukturen an der Oberseite der Halbleiterschichtenfolge kann in Kombination mit Stealth Dicing-Techniken verwendet werden. Beim Stealth Dicing wird Laserstrahlung in ein Material eingestrahlt, wobei ein Fokus der Laserstrahlung innerhalb des Materials liegt. Das Material ist für die betreffende Laserstrahlung durchlässig. Aufgrund lokal hoher optischer Leistungsdichten am Laserfokus werden lokal Schäden im Material erzeugt. Durch ein Abrastern des Materials mit dem Laserfokus lassen sich gezielt innerhalb des Materials beschädigte Bereiche herstellen. Durch die Verwendung von Stealth Dicing lassen sich Leckströme reduzieren. Dieser Ansatz ist kompatibel mit der Ausbildung von Gräben an einer Rückseite des Halbleiterlasers.
Bei dem hier beschriebenen Halbleiterlaser lässt sich eine effiziente Indexführung erreichen, wobei die Facetten nicht von trockenchemischen oder nasschemischen Ätzschritten betroffen sind. Dadurch lässt sich ein niedriger Schwellstrom erreichen. Eine hohe differentielle Effizienz und eine hohe elektrooptische Effizienz der Laserdioden sind möglich. Eine hohe Ausbeute des Herstellungsverfahrens ist erreichbar. Ein optisches Fernfeld lässt sich optimieren. Die Bauteilstabilität ist erhöht und COD's treten erst bei höheren Leistungsdichten auf.
Weiterhin kann hin zu einem Träger, wie einem Submount, eine verbesserte Wärmeableitung und damit eine bessere Facettenkühlung erzielt werden, zum Beispiel, da geringere Herstellungstoleranzen beim Anbringen auf den Träger realisierbar sind und da Lücken zwischen dem Träger und der Halbleiterschichtenfolge kleiner gestaltet werden können. Auch Verkippungen der Halbleiterschichtenfolge relativ zum Träger lassen sich reduzieren und genauer kontrollieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Facetten mittels Brechen erzeugte, glatte und ebene Flächen. Aufgrund des Brechens, auch als Spalten bezeichnet, lassen sich die Facetten mit Rauheiten im unteren Nanometerbereich erzeugen. Beispielsweise liegt eine mittlere Rauheit der Facetten bei höchstens 20 nm oder 10 nm oder 5 nm, speziell im Bereich der Resonatorendflächen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Facetten in Draufsicht gesehen rechteckig oder quadratisch oder trapezförmig. Insbesondere weisen die Facetten in Draufsicht gesehen keine Einschnitte oder Ausstülpungen auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Strukturierung einen Stegwellenleiter. Der Stegwellenleiter ist zu einer Indexführung der Laserstrahlung im Resonator eingerichtet. Mittels des Stegwellenleiters ist der Resonator definiert. Mit anderen Worten ist der Halbleiterlaser dann ein indexgeführter Laser.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Stegwellenleiter hin zu einer Facette oder, bevorzugt, hin zu beiden Facetten je eine Verbreiterung auf. Die mindestens eine Verbreiterung erstreckt sich an den Facetten bevorzugt über eine gesamte Breite der Halbleiterschichtenfolge, insbesondere an der Oberseite. Das heißt, in Richtung senkrecht zu einer Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge und in Richtung senkrecht zum Resonator erstrecken sich die Verbreiterungen an den Facetten über die gesamte Halbleiterschichtenfolge hinweg.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Verbreiterung in Draufsicht auf die Oberseite gesehen rechteckig, trapezförmig und/oder trichterförmig gestaltet. Trichterförmig schließt insbesondere ein, dass die Verbreiterung in Draufsicht gesehen gekrümmt verlaufende Außenkanten aufweisen kann. Somit kann eine Breitenzunahme der Verbreiterung hin zu den Facetten stetig verlaufen und durch eine differenzierbare Funktion beschreibbar sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Verbreiterungen oder ist die Verbreiterung auf ein Gebiet direkt an der betreffenden Facette begrenzt. Außerhalb der Verbreiterung weist der Stegwellenleiter bevorzugt eine gleichbleibende, konstante Breite auf. Das heißt, die Verbreiterungen an den Facetten können die einzigen Breitenänderungen des Stegwellenleiters sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt eine Länge der Verbreiterung oder der Verbreiterungen bei höchstens 10 % oder 5 % oder 3 % einer Gesamtlänge des Resonators. Das heißt, entlang des Resonators machen die Verbreiterungen nur einen kleinen Längenanteil aus. Hierdurch lässt sich eine effiziente Indexführung trotz der Verbreiterungen erzielen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die aktive Zone im Bereich der mindestens einen Verbreiterung nicht oder nur schwach bestromt. Insbesondere ist die mindestens eine Verbreiterung frei von einer elektrischen Kontaktfläche und/oder frei von einer Stromaufweitungsschicht. Ist eine elektrische Kontaktfläche auf der mindestens einen Verbreiterung aufgebracht, so befindet sich zwischen der Kontaktfläche und der Verbreiterung bevorzugt eine elektrisch isolierende Schicht. Hierdurch kann erreicht werden, dass im Bereich der mindestens einen Verbreiterung in der aktiven Zone kein oder kein signifikanter Anteil der Laserstrahlung erzeugt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Halbleiterlaser ein gewinngeführter Laser. Das heißt, die Laserstrahlung wird ohne Brechungsindexführung in der Halbleiterschichtenfolge geführt. Diese Brechungsindexführung bezieht sich auf eine laterale Richtung, senkrecht zu einer Resonatorachse und senkrecht zu einer Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge. Ein Strahlweg der Laserstrahlung ist dann durch die Facetten einerseits und durch ein bestromtes Gebiet der Halbleiterschichtenfolge andererseits definiert. Direkt an den Facetten erfolgt bevorzugt keine Bestromung der Halbleiterschichtenfolge.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Strukturierung mindestens zwei Gräben oder besteht aus solchen Gräben. Diese Gräben sind insbesondere zur Wegreflexion parasitärer Lasermoden eingerichtet. Im Querschnitt gesehen weisen solche Gräben bevorzugt schräge Seitenwände auf. Das heißt, im Querschnitt gesehen können solche Gräben V-förmig oder trapezförmig gestaltet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstrecken sich die Gräben längs des Resonators. Insbesondere verlaufen die Gräben parallel zum Resonator. Da die Gräben ein Teil der Strukturierung sind oder die Strukturierung bilden, reichen die Gräben jedoch nicht bis an die Facetten heran. Beispielsweise beträgt eine Länge der Gräben mindestens 80 % der Gesamtlänge des Resonators.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Strukturierung in Draufsicht auf die Oberseite gesehen eine oder mehrere H-förmige Erhebungen oder besteht hieraus. Dabei verläuft bevorzugt ein Mittelbalken dieses H's entlang des Resonators. Die randständigen Balken des H's liegen bevorzugt an den Facetten, in Draufsicht auf die Oberseite gesehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das H in Draufsicht auf die Oberseite gesehen asymmetrisch geformt. Das heißt, der Mittelbalken des H's und damit der Resonator liegen ausmittig in der Oberseite. Der Mittelbalken des H's ist bevorzugt senkrecht zu den Facetten ausgerichtet, wiederum in Draufsicht auf die Oberseite gesehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Strukturierung einen Rahmen. Die Strukturierung kann auch aus dem Rahmen bestehen. Der Rahmen begrenzt die Halbleiterschichtenfolge an der Oberseite bevorzugt ringsum. Das heißt, der Rahmen kann an der Oberseite umlaufende Außenkanten der Halbleiterschichtenfolge bilden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt eine Maximaldicke der Halbleiterschichtenfolge am Rahmen vor. Dabei kann ein Stegwellenleiter gleich dick sein wie der Rahmen, sodass die Maximaldicke nicht auf den Rahmen begrenzt zu sein braucht. Alternativ ist es möglich, dass der Rahmen eine geringere Dicke aufweisen kann als ein Stegwellenleiter. Die Maximaldicke kann auch an dem H vorliegen, durch das die Strukturierung gebildet ist oder das die Strukturierung aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist an mindestens einer der Facetten an der Oberseite der Halbleiterschichtenfolge zumindest eine Akustikschicht angebracht. Die Akustikschicht weist bevorzugt eine geringere Schallgeschwindigkeit auf als die Halbleiterschichtenfolge. Zum Beispiel liegt die Schallgeschwindigkeit beim Brechen der Facetten in der Akustikschicht zwischen einschließlich 20 % und 100 % oder zwischen einschließlich 50 % und 80 % der Schallgeschwindigkeit in der Halbleiterschichtenfolge. Durch die zumindest eine Akustikschicht ist ein gleichmäßigeres Brechen der Facetten möglich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Akustikschicht beabstandet zu elektrischen Kontaktflächen des Halbleiterlasers angeordnet. Dies gilt insbesondere, falls die Akustikschicht zumindest eine Metallschicht umfasst oder aus mindestens einer Metallschicht besteht. Das heißt, die Akustikschicht erfüllt dann keine elektrische Funktion.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Akustikschicht auf einen Streifen an der betreffenden Facette begrenzt. Damit kann die Akustikschicht in Draufsicht gesehen rechteckig gestaltet sein. Sind mehrere Akustikschichten vorhanden, so folgen diese in Richtung weg von der Halbleiterschichtenfolge bevorzugt unmittelbar aufeinander und/oder können deckungsgleich zueinander verlaufen. Die Akustikschicht kann unmittelbar auf die Halbleiterschichtenfolge aufgebracht sein oder es befindet sich zwischen der Akustikschicht und der Halbleiterschichtenfolge eine weitere Schicht wie eine Passivierungsschicht. Bevorzugt jedoch befindet sich die Akustikschicht direkt an der Halbleiterschichtenfolge.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt ein minimaler Abstand der optisch wirksamen Resonatorendflächen, die zur Reflexion und/oder zur Auskopplung der im Betrieb erzeugten Laserstrahlung eingerichtet sind, hin zu einer Materialwegnahme aus der Halbleiterschichtenfolge heraus mindestens 40 µm oder 100 µm oder 150 µm oder 200 µm. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser Abstand bei höchstens 150 µm oder 200 µm oder 0,4 mm. Alternativ oder zusätzlich beträgt dieser Abstand mindestens ein Dreifaches oder Fünffaches oder Zehnfaches eines mittleren Durchmessers der Resonatorendflächen. Dieser Abstand wird bevorzugt in Draufsicht auf die betreffende Facette bestimmt. Insbesondere liegt der minimale Abstand zwischen der betreffenden Resonatorendfläche und einer die betreffende Facette begrenzenden Seitenfläche der Halbleiterschichtenfolge vor.
Der mittlere Durchmesser der Resonatorendflächen ist beispielsweise größer oder gleich einem mittleren Modendurchmesser der Laserstrahlung an der betreffenden Facette. Dieser Modendurchmesser ist beispielsweise der Durchmesser einer kleinstmöglichen Ellipse an der betreffenden Facette, innerhalb dem im bestimmungsgemäßen Betrieb 95 % der Laserleistung liegen. Diese Ellipse kann gleich den Resonatorendflächen sein.
Mit anderen Worten liegen Materialwegnahmen weit von den Resonatorendflächen entfernt, sodass ein eventueller Einfluss von Schäden aufgrund der Materialwegnahmen auf die Resonatorendflächen gering oder vernachlässigbar ist. Bevorzugt sind die Facetten komplett frei von Materialwegnahmen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist an einer oder an mehreren Facetten und beabstandet zur zugehörigen Resonatorendfläche zumindest ein Initiatorbereich erzeugt. Der mindestens eine Initiatorbereich ist als Ausgangsbereich zum Brechen der Halbleiterschichtenfolge eingerichtet. Bevorzugt ist der Initiatorbereich mittels Stealth Dicing erzeugt.
Beim Stealth Dicing wird kein oder im Wesentlichen kein Material aus der Halbleiterschichtenfolge entfernt. Damit stellt der Initiatorbereich bevorzugt keine Materialwegnahme aus der Halbleiterschichtenfolge heraus dar, sondern lediglich eine lokale Zerstörung des Kristallgefüges der Halbleiterschichtenfolge.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die betreffende Facette am Initiatorbereich rauer als an der zugehörigen Resonatorendfläche. Die Rauheit des Initiatorbereichs ist bedingt durch die lokale Zerstörung des Kristallgefüges der Halbleiterschichtenfolge. Bevorzugt ist der Initiatorbereich jedoch möglichst flach und glatt mit einer möglichst geringen Rauheit.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterlaser mehrere Resonatoren. Das heißt, der Halbleiterlaser kann als Laserbarren mit mehreren Lasereinheiten gestaltet sein. Die Lasereinheiten können elektrisch parallel oder in Serie gestaltet sein oder auch einzeln oder in Gruppen elektrisch unabhängig voneinander betreibbar sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterlaser einen Träger. Der Träger ist von einem Aufwachssubstrat der Halbleiterschichtenfolge verschieden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Träger eine Trägerstrukturierung. Die Trägerstrukturierung befindet sich an einer der Halbleiterschichtenfolge zugewandten Seite des Trägers und weist zur Oberseite hin. Die Halbleiterschichtenfolge ist mit der Oberseite am Träger befestigt, sodass die Oberseite dem Träger zugewandt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform korrespondiert die Trägerstrukturierung zur Strukturierung der Halbleiterschichtenfolge oder zu mindestens einem Teil der Strukturierung der Halbleiterschichtenfolge. Beispielsweise verlaufen die Trägerstrukturierung und die Strukturierung der Halbleiterschichtenfolge in Draufsicht gesehen stellenweise deckungsgleich, besonders an einem Rand der Oberseite.
Aufgrund der Trägerstrukturierung und der Strukturierung der Halbleiterschichtenfolge sind der Träger und die Halbleiterschichtenfolge mit einer erhöhten Genauigkeit zueinander justierbar. Beispielsweise liegen die Facetten und entsprechende Seitenflächen des Trägers mit einer Toleranz von höchstens 5 µm oder 3 µm in einer gemeinsamen Ebene.
Darüber hinaus wird ein Herstellungsverfahren für Halbleiterlaser angegeben. Mit dem Herstellungsverfahren wird ein Laser hergestellt, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen beschrieben. Merkmale des Herstellungsverfahrens sind daher auch für den Halbleiterlaser offenbart und umgekehrt.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Herstellungsverfahren die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge:

- Wachsen der Halbleiterschichtenfolge,
- Strukturieren der Halbleiterschichtenfolge mittels einer Materialwegnahme, sodass die mindestens eine geometrische Strukturierung entsteht, und
- Erzeugen der Facetten mittels Brechen, wobei das Brechen nur in solchen Gebieten der Halbleiterschichtenfolge erfolgt, aus denen zuvor kein Material der Halbleiterschichtenfolge entfernt wurde.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Initiatorbereiche für das Brechen mittels Laserstrahlung erzeugt. Insbesondere wird zum Erzeugen der Initiatorbereiche auf Stealth Dicing zurückgegriffen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Oberseite und eine Unterseite eines Aufwachssubstrats für die Halbleiterschichtenfolge an den Facetten eben. Mit anderen Worten stellen die Oberseite und die Unterseite an den Facetten in gerade Linie verlaufende Begrenzungskanten dar.
Nachfolgend werden ein hier beschriebener Halbleiterlaser und ein hier beschriebenes Herstellungsverfahren unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:

1 bis 3 in den Figurenteilen A jeweils Draufsichten und in den Figurenteilen B jeweils Seitenansicht von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Halbleiterlasern,
1C eine schematische Seitenansicht des Halbleiterlasers der 1A und 1B,
4 und 5 schematische Seitenansichten von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Halbleiterlasern,
6 im Figurenteil A eine schematische Draufsicht und im Figurenteil B eine schematische Schnittdarstellung eines Verfahrensschritts zur Herstellung von hier beschriebenen Halbleiterlasern,
7 und 8 schematische Draufsichten auf Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen Halbleiterlasern,
9A eine schematische Draufsicht und 9B eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Halbleiterlasers,
10 eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Halbleiterlasers,
11, 12A und 12B schematische Seitenansichten von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Halbleiterlasern, und
13 eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Halbleiterlasers.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterlasers 1 gezeigt. Der Halbleiterlaser 1 umfasst eine Halbleiterschichtenfolge 2 mit einer aktiven Zone 22 zur Erzeugung einer Laserstrahlung L. Bevorzugt basiert die Halbleiterschichtenfolge 2 auf dem Materialsystem AlInGaN. Die Halbleiterschichtenfolge 2 kann sich noch an einem Aufwachssubstrat 27 befinden. Das Aufwachssubstrat 27 ist beispielsweise ein GaN-Substrat.
An einer Oberseite 20 der Halbleiterschichtenfolge 2 ist eine Strukturierung 5 erzeugt. Die Strukturierung 5 beinhaltet einen Stegwellenleiter 50. Durch den Stegwellenleiter 50 ist ein Resonator 4 definiert. Über den Stegwellenleiter 50 erfolgt eine Indexführung der Laserstrahlung L innerhalb der Halbleiterschichtenfolge 2.
Der Resonator 4 ist in Längsrichtung von zwei Facetten 3 der Halbleiterschichtenfolge 2 begrenzt. Die Facetten 3 sind jeweils ganzflächig eben und mittels Brechen erzeugt. In Draufsicht sind die Facetten 3 rechteckig.
Die Facetten 3 beinhalten jeweils eine Resonatorendfläche 42. Die Resonatorendflächen 42 sind diejenigen Bereiche der Facetten 3, an denen die Laserstrahlung L an den Facetten 3 reflektiert wird und/oder aus den Facetten 3 heraustritt. Damit befinden sich die Resonatorendflächen 42 in Draufsicht auf die Facetten 3 gesehen im Bereich des Resonators 4 und der aktiven Zone 22, siehe 1C. Übrige Gebiete der Facetten 3 sind optisch im Wesentlichen inaktiv. In Draufsicht gesehen sind die Resonatorendflächen 42 zum Beispiel ellipsenförmig oder kreisförmig.
Damit die Facetten 3 in hoher Qualität ganzflächig erzeugbar sind, weist der Stegwellenleiter 50 hin zu den Facetten 3 und den Resonatorflächen 42 Verbreiterungen 51 auf. Die Verbreiterungen 51 sind in Draufsicht gesehen rechteckig gestaltet und erstrecken sich an der Oberseite 20 entlang der gesamten Facetten 3, siehe 1A. Der Stegwellenleiter 50 zusammen mit den Verbreiterungen 51 bildet eine H-förmige Erhebung 54, die die Strukturierung 5 darstellt.
Damit befinden sich an den Facetten 3 keine Gebiete, in denen eine Materialwegnahme der Halbleiterschichtenfolge 2 nach einem Wachsen erfolgte. Insbesondere reichen Ätzungen für den Stegwellenleiter 50 nicht bis an die Facette 3 heran.
Es ist möglich, dass sich die aktive Zone 22 unterhalb des Stegwellenleiters 50 befindet. Das heißt, die aktive Zone 22 ist bevorzugt nicht von der Strukturierung 5 betroffen.
Optional befindet sich über dem Stegwellenleiter 50 hinweggehend eine elektrische Kontaktfläche 71, siehe insbesondere 1B. Die elektrische Kontaktfläche 71 ist bevorzugt durch eine oder durch mehrere Metallisierungen gebildet. Die Kontaktfläche 71 kann in Draufsicht gesehen rechteckig gestaltet sein. Es ist möglich, dass die elektrische Kontaktfläche 71 im Bereich des Stegwellenleiters 50 Ausbuchtungen hin zu den Facetten 3 aufweist. Die Verbreiterungen 51 sind frei von der Kontaktfläche 71. Die Kontaktfläche 71 erstreckt sich bevorzugt beiderseits des Stegwellenleiters 50 auf die Oberseite 20.
Optional befindet sich an einer der Halbleiterschichtenfolge 2 abgewandten Unterseite 28 des Aufwachssubstrats 27 eine weitere elektrische Kontaktfläche 73. Damit ist der Halbleiterlaser 1 von zwei einander gegenüberliegenden Hauptseiten her elektrisch kontaktierbar.
In Draufsicht gesehen und in Richtung senkrecht zum Resonator 4 erstrecken sich die Verbreiterungen 51 bevorzugt zu mindestens 200 µm oder 100 µm oder 50 µm weg von dem Stegwellenleiter 50. Damit sind Seitenflächen 25 des Halbleiterlasers 1, die quer zu den Facetten 3 verlaufen, vergleichsweise weit vom Stegwellenleiter 50 entfernt. Eine Ausdehnung T der Verbreiterungen 51 entlang des Resonators 4 liegt bevorzugt bei mindestens 1 µm oder 3 µm. Alternativ oder zusätzlich liegt diese Ausdehnung T der Verbreiterungen 51 bei höchstens 100 µm oder 30 µm. Alternativ oder zusätzlich liegt diese Ausdehnung T der Verbreiterungen 51 entlang des Resonators 4 bevorzugt jeweils bei höchstens 10 % oder 5 % einer Gesamtlänge R des Resonators 4. Entsprechendes gilt bevorzugt auch in allen Ausführungsbeispielen.
In 1C ist zudem illustriert, dass ein Abstand D zwischen der liegend-ellipsenförmigen Resonatorendfläche 42 und einer Materialwegnahme oder einer Materialbearbeitung an den Facetten 3 und in Draufsicht auf die Facetten 3 gesehen relativ groß ist und bevorzugt mindestens 100 µm beträgt. Somit üben Materialdefekte im Bereich der Materialwegnahme oder der Materialbearbeitung keinen signifikanten Einfluss auf das Halbleitermaterial der Resonatorendfläche 42 aus.
Da an der Oberseite 20 bevorzugt keine Materialwegnahme oder der Materialbearbeitung erfolgt ist, bemisst sich der Abstand D in diesem Fall hin zur Seitenfläche 25, die zum Beispiel mittels Brechen, Ätzen oder Sägen erzeugt ist. Außerdem ist in 1C zu erkennen, dass dieser Abstand hin zu Bereichen der Oberseite 20 in Gebieten neben dem Stegwellenleiter 50 ohne die Verbreiterung 51 fast Null wäre, siehe die Strichlinien in 1C, die den Stegwellenleiter 50 veranschaulichen.
In 2 ist gezeigt, dass entlang der Facetten 3 an der Oberseite 20 auf den Verbreiterungen 51 jeweils eine Akustikschicht 61 aufgebracht ist. Über die Akustikschicht erfolgt eine Führung einer Brechwelle beim Brechen der Facetten. Die Akustikschicht 61 ist bevorzugt aus einem schallgeschwindigkeitsangepassten Material. Beispielsweise ist die Akustikschicht 61 aus Siliziumdioxid, Si₃N₄, SiON, ZnO, ITO oder Al₂O₃ oder aus Kombinationen von isolierenden Schichten. Weiterhin ist es möglich, dass die Akustikschicht 61 aus einem Halbleitermaterial wie Silizium, aus einem II-VI-Halbleitermaterial oder aus einem III-N-Halbleitermaterial ist. Bevorzugt ist die Akustikschicht 61 aus mindestens einem Metall wie Titan, Palladium, Nickel, Platin und/oder Gold.
Eine Dicke der Akustikschicht 61 liegt bevorzugt bei mindestens 10 nm oder 50 nm. Alternativ oder zusätzlich liegt die Dicke der Akustikschicht 61 bei höchstens 2 µm oder 1 µm. Es ist möglich, dass sich in Richtung weg von der Oberseite 20 die Kontaktfläche 71 über die Akustikschicht 61 erhebt, wie in 2B zu sehen. Alternativ können die Kontaktfläche 71 und die Akustikschicht 61 in Richtung weg von der Oberseite 20 bündig miteinander abschließen oder es kann sich die Akustikschicht 61 über die Kontaktfläche 71 erheben.
Im Übrigen können die Ausführungen zu 1 entsprechend für 2 gelten.
Im Ausführungsbeispiel der 3 weist der Halbleiterlaser 1 zusätzlich an je einer der Facetten 3 einen Initiatorbereich 62 auf. Ausgehend von den Initiatorbereichen 62 erfolgt ein Erzeugen der Facetten 3 mittels Brechen. Die Initiatorbereiche 62 liegen beispielsweise an der Oberfläche 20 an Enden der Facetten 3.
Bevorzugt sind die Initiatorbereiche 62 über Laserstrahlung mittels Stealth Dicing, Laser Scribing oder über einen Diamantritz erzeugt. Eine Tiefe der Initiatorbereiche 62 liegt bevorzugt bei mindestens 100 nm und/oder bei höchstens 90 % einer Dicke der Halbleiterschichtenfolge 2 oder einer Dicke der Halbleiterschichtenfolge 2 zusammen mit dem Aufwachssubstrat 27, in 3 nicht gezeichnet. Eine Ausdehnung der Initiatorbereiche 62 in Richtung parallel zu den Facetten 3 liegt bevorzugt bei mindestens 2 µm oder 10 µm oder 30 µm und/oder bei höchstens 200 µm oder 100 µm.
Solche Initiatorbereiche 62 können in einen Waferverbund beim Herstellen der Halbleiterlaser 1 für jeden Halbleiterlaser 1 vorgesehen sein oder nur bei einem Halbleiterlaser pro einer bestimmten Anzahl von Halbleiterlasern auftreten, beispielsweise nur bei jedem zweiten oder jedem fünften Halbleiterlaser.
Eine Breite der Gräben in Richtung parallel zum Resonator 4 ist bevorzugt relativ gering und liegt beispielsweise bei mindestens 0,2 µm oder 0,5 µm und/oder bei höchstens 20 µm oder 10 µm.
In 4 ist illustriert, dass sich die Initiatorbereiche 62 nicht an der Oberseite 20 befinden, sondern an der Unterseite 28. Demgegenüber ist in 5 gezeigt, dass die Initiatorbereiche 27 innerhalb des Verbunds aus der Halbleiterschichtenfolge 2 und dem Aufwachssubstrat 27 liegen. Dies wird insbesondere dadurch ermöglicht, dass die Initiatorbereiche 62 mittels Stealth Dicing erstellt werden. Die Ausführungen zu den Abmessungen der Initiatorbereiche 62, wie zu 3 ausgeführt, gelten für die 4 und 5 entsprechend.
Solche Initiatorbereiche 62, wie in Verbindung mit den 3 bis 5 illustriert, können auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorhanden sein.
In 6A ist ein Waferverbund 10 illustriert, bei dem sich mehrere der Halbleiterlaser 1 noch unmittelbar aneinander befinden. Entlang von Brechlinien 81 erfolgt das Erzeugen der Facetten 3. Entlang von Vereinzelungslinien 82 können die Halbleiterlaser 1 in Richtung parallel zu den Resonatoren 4 vereinzelt werden. Das Vereinzeln entlang der Vereinzelungslinien 82 ist beispielsweise ebenfalls ein Brechen, kann jedoch auch mit anderen Methoden wie Sägen oder Laserbestrahlung durchgeführt werden.
Entlang der Linie A-A der 6A ist in 6B eine Schnittdarstellung zu sehen. Illustriert ist, dass entlang der Vereinzelungslinien 82 mittels Stealth-Dicing die Initiatorbereiche 62 erzeugt sind.
Die Halbleiterlaser 1, wie in 6B illustriert, weisen den Stegwellenleiter 50 auf. Ferner sind Gräben 52 vorhanden, über die parasitäre Lasermoden und/oder Streulicht wegreflektiert oder absorbiert werden kann. Außerdem, siehe 6A, ist ein umlaufender Rahmen 53 vorhanden, der die Halbleiterlaser 1 an der Oberseite 20 ringsum begrenzt. Damit verlaufen die Brechlinien 81 und die Vereinzelungslinien 82 ausschließlich durch Bereiche der Halbleiterschichtenfolge 2, aus denen kein Material entfernt wurde.
Wie in allen anderen Ausführungsbeispielen ist es möglich, dass sich die Kontaktfläche 71 großflächig über die Halbleiterschichtenfolge 2 erstreckt. Um nur eine lokale Bestromung der Halbleiterschichtenfolge 2 zu ermöglichen, ist dann bevorzugt eine Passivierungsschicht 63 aufgebracht. Die Passivierungsschicht 63 ist beispielsweise aus einem Oxid wie Siliziumoxid und kann eine Dicke zum Beispiel von mindestens 20 nm und/oder von höchstens 800 nm aufweisen.
Solche zusätzlichen Gräben 52 und ein Rahmen 53, wie in 6 illustriert, können auch in allen Ausführungsbeispielen vorhanden sein.
Beim Ausführungsbeispiel des Halbleiterlasers 1 gemäß 7 nimmt eine Breite der Verbreiterung 51 in Richtung hin zur Facette 3 zuerst linear zu, bevor eine sprunghafte Vergrößerung der Breite erfolgt. Die Verbreiterung 51 weist damit einen trapezförmigen Bereich und einen rechteckigen Bereich auf, in Draufsicht auf die Oberseite 20 gesehen. Längs des Resonators 4 gesehen liegt eine Ausdehnung des trapezförmigen Bereichs zum Beispiel bei mindestens dem Doppelten und/oder bei höchstens dem Zehnfachen der Ausdehnung des rechteckigen Bereichs.
Durch eine solche Geometrie der Verbreiterung 51 lassen sich insbesondere Monomodenlaser mit einer hohen optischen Ausgangsleistung erzielen. Bevorzugt sind solche Verbreiterungen 51, wie in der linken Hälfte der 7 gezeigt, an beiden Facetten 3 vorhanden. Entsprechende Verbreiterungen 51 können auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorliegen.
Eine Dicke der Verbreiterung 51 in Richtung senkrecht zur Oberseite 20 ist bevorzugt gleich einer Dicke des Stegwellenleiters 50, kann jedoch auch einen hiervon abweichenden Wert aufweisen. Der Stegwellenleiter 50 und/oder die Verbreiterung 51 weisen in Richtung weg von der aktiven Zone 22 beispielsweise eine Dicke von mindestens 0,2 µm oder 0,5 µm oder 1 µm und/oder von höchstens 5 µm oder 3 µm auf. Eine Gesamtdicke der Halbleiterschichtenfolge 2, wie an Aufwachssubstrat 27 gewachsen, liegt zum Beispiel bei mindestens 4 µm und/oder bei höchstens 12 µm.
Abweichend von 7 ist in 8 illustriert, dass die Verbreiterung 51 stetig und knickfrei in den eigentlichen Stegwellenleiter 50 übergeht. Im Übrigen gelten die Ausführungen zu 7 auch für 8.
In 9 ist im Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem der Halbleiterlaser 1 ein gewinngeführter Laser ist. Wiederum sind keine Ätzungen oder andere Materialwegnahmen vorhanden, die bis an die Facetten 3 reichen. An den Seitenflächen 25, die senkrecht zu den Facetten 3 orientiert sind, können Initiatorbereiche 62 vorhanden sein, die nicht bis an die Facetten 3 reichen und die in der Halbleiterschichtenfolge 2, zusammen mit dem Aufwachssubstrat 27, liegen können. Zur Vermeidung parasitärer Moden weist der Halbleiterlaser 1 der 9 an den Seitenflächen 25 bevorzugt Schrägen auf, nicht dargestellt, die eine Strukturierung bilden können.
In 10 ist illustriert, dass der gewinngeführte Laser die Gräben 52 beiderseits des Resonators 4 innerhalb der Oberseite 20 aufweist. Damit ist der umlaufende Rahmen 53 vorhanden. Die Gräben 52 sind im Querschnitt senkrecht zur Oberseite 20 und senkrecht zum Resonator 4 gesehen beispielsweise V-förmig oder trapezförmig. Es ist möglich, dass die Kontaktfläche 71 näher bis an die Facetten 3 reicht als die Gräben 52.
In 11 ist illustriert, dass der Halbleiterlaser 1 zusätzlich einen Träger 70 aufweist. Der Träger 70 ist beispielsweise ein Submount und kann elektrische Strukturen zur Kontaktierung des Halbleiterlasers 1 umfassen. Die Kontaktfläche 71 ist über ein Verbindungsmittel 74 mit dem Träger 70 verbunden. Bei dem Verbindungsmittel 74 handelt es sich beispielsweise um ein Lot. Damit ist die Oberseite 20 der Halbleiterschichtenfolge 2 dem Träger 70 zugewandt.
Aufgrund der sich entlang der Facetten 3 erstreckenden Verbreiterung 51 ist die Gefahr eines Verkippens der Halbleiterschichtenfolge 2 um eine Drehachse parallel zum Resonator 4 verringert. Damit kann die Halbleiterschichtenfolge 2 mit hoher Präzision parallel zu einer Oberseite des Trägers 70 angebracht werden.
In den 12A und 12B ist ein Verfahren zum Befestigen der Halbleiterschichtenfolge 2 an dem Träger 70 illustriert. Der Träger 70 weist Trägerstrukturierungen 72 auf, beispielsweise in Form von Gräben. Alternativ können die Trägerstrukturierungen 72 auch durch Erhebungen gebildet sein.
In 12B ist illustriert, dass sich beispielsweise beim Anlöten der Kontaktfläche 71 an den Träger 70 aufgrund der Trägerstrukturierungen 72 eine Art Selbstjustage ergibt. Damit sind in Richtung parallel zum Resonator 4 geringe Fertigungstoleranzen erzielbar. Beispielsweise liegt eine Genauigkeit, mit der die Facetten 3 bündig mit Seitenflächen des Trägers 70 abschließen, im Bereich zwischen 1 µm und 5 µm. Ist ein bündiges Abschließen zumindest einer der Facetten 3 mit dem Träger 70 nicht gewünscht, so können die Trägerstrukturierungen 72 auch asymmetrisch gestaltet sein, um gezielt einen bestimmten, gewünschten Überhang der Facetten 3 über den Träger 70 einzustellen.
Beim Ausführungsbeispiel der 13 handelt es sich bei dem Halbleiterlaser 1 um einen Laserbarren. Damit weist der Halbleiterlaser 1 mehrere Lasereinheiten 11 auf. Die Lasereinheiten 11 können elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar sein oder auch elektrisch gemeinsam betreibbar sein. Die Verbreiterung 51 erstreckt sich bevorzugt vollständig entlang der Facetten 3 des Laserbarrens.
Die in 2 gezeigten Akustikschichten 61, die Initiatorbereiche 62 der 3 bis 6 sowie die Verbreiterungen 51 der 7 und 8 und auch die Träger 70, wie in den 11 und 12 dargestellt, können jeweils miteinander kombiniert in den Ausführungsbeispielen vorliegen.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: Halbleiterlaser
10: Waferverbund
11: Lasereinheit
2: Halbleiterschichtenfolge
20: Oberseite
22: aktive Zone
25: Seitenfläche
27: Aufwachssubstrat
28: Unterseite
3: Facette
4: Resonator
42: Resonatorendfläche
5: Strukturierung
50: Stegwellenleiter
51: Verbreiterung
52: Graben
53: Rahmen
54: H-förmige Erhebung
61: Akustikschicht
62: Initiatorbereich
63: Passivierungsschicht
70: Träger
71: elektrische Kontaktfläche
72: Trägerstrukturierung
73: weitere elektrische Kontaktfläche
74: Verbindungsmittel
81: Brechlinie
82: Vereinzelungslinie
D: Abstand Materialwegnahme - Resonatorendfläche
L: Laserstrahlung
R: Gesamtlänge des Resonators
T: Ausdehnung der Verbreiterung entlang des Resonators

Claims

Halbleiterlaser (1) mit einer Halbleiterschichtenfolge (2) zur Erzeugung von Laserstrahlung (L), wobei - die Halbleiterschichtenfolge (2) an einer Oberseite (20) mindestens eine geometrische Strukturierung (5) aufweist, - ein Resonator (4) in der Halbleiterschichtenfolge (2) von zwei gegenüberliegenden Facetten (3) der Halbleiterschichtenfolge begrenzt ist, sodass die Facetten (3) optisch wirksame Resonatorendflächen (42) beinhalten, - die Strukturierung (3) von mindestens einer der Facetten (3) beabstandet endet, und - mindestens eine der Resonatorendflächen (42) von Materialwegnahmen aus der Halbleiterschichtenfolge (2) heraus beabstandet ist.
Halbleiterlaser (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Facetten (3) mittels Brechen erzeugte, glatte ebene Flächen sind, wobei die Facetten (3) in Draufsicht gesehen rechteckig sind.
Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Strukturierung (5) einen Stegwellenleiter (50) umfasst, der hin zu den Facetten (3) je eine Verbreiterung (51) aufweist, sodass der Halbleiterlaser (1) ein brechungsindexgeführter Laser ist, wobei sich die Verbreiterungen (51) an den Facetten (3) über eine gesamte Breite der Halbleiterschichtenfolge (2) an der Oberseite (20) erstrecken.
Halbleiterlaser (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Verbreiterungen (51) in Draufsicht auf die Oberseite (20) gesehen trapezförmig und/oder trichterförmig sind.
Halbleiterlaser (1) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Verbreiterungen (51) je auf ein Gebiet direkt an den Facetten (3) begrenzt ist und der Stegwellenleiter (50) außerhalb der Verbreiterung (51) eine gleichbleibende, konstante Breite aufweist, wobei eine Länge der Verbreiterungen (51) je höchstens 10 % einer Länge des Resonators (4) beträgt.
Halbleiterlaser (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Halbleiterlaser (1) ein gewinngeführter Laser ohne Brechungsindexführung ist.
Halbleiterlaser (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Strukturierung (3) mindestens zwei Gräben (52) zur Wegreflexion parasitärer Lasermoden aufweist, wobei sich die Gräben (52) längs des Resonators (4) erstrecken.
Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Strukturierung (5) in Draufsicht auf die Oberseite (20) gesehen mindestens eine H-förmige Erhebung (54) umfasst, wobei ein Mittelbalken dieses H's entlang des Resonators (4) verläuft.
Halbleiterlaser (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem das H in Draufsicht gesehen asymmetrisch geformt ist, sodass der Mittelbalken und der Resonator (4) ausmittig in der Oberseite (20) liegen.
Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Strukturierung (5) einen Rahmen (53) umfasst, der die Halbleiterschichtenfolge (2) an der Oberseite (20) ringsum begrenzt, wobei eine Maximaldicke der Halbleiterschichtenfolge (2) am Rahmen (53) vorliegt.
Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem an mindestens einer der Facetten (3) an der Oberseite (20) der Halbleiterschichtenfolge (2) eine Akustikschicht (61) angebracht ist, die eine geringere Schallgeschwindigkeit aufzeigt als die Halbleiterschichtenfolge (2), wobei die Akustikschicht (61) beabstandet zu elektrischen Kontaktflächen (71) des Halbleiterlasers (1) angeordnet ist und auf einen Streifen an der betreffenden Facette (3) begrenzt ist.
Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem an den Facetten (3) und in Draufsicht auf die Facetten (3) gesehen ein Abstand (D) der optisch wirksamen Resonatorendflächen (42), die zur Reflexion und/oder zur Auskopplung der im Betrieb erzeugten Laserstrahlung (L) eingerichtet sind, hin zu einer Materialwegnahme aus der Halbleiterschichtenfolge (2) heraus mindestens 40 µm und/oder mindestens ein Fünffaches eines mittleren Durchmessers der Resonatorendflächen (42) beträgt.
Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem an mindestens einer der Facetten (3) und beabstandet zur zugehörigen Resonatorendfläche (42) ein Initiatorbereich (62) erzeugt ist, der als Ausgangsbereich zum Brechen der Halbleiterschichtenfolge (2) eingerichtet ist, wobei die betreffende Facette (3) am Initiatorbereich (62) eine größere Rauheit aufweist als an der zugehörigen Resonatorendfläche (42).
Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der mehrere Resonatoren (4) umfasst, sodass der Halbleiterlaser (1) ein Laserbarren mit mehreren Lasereinheiten (11) ist.
Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Träger (70) mit einer Trägerstrukturierung (72), wobei die Halbleiterschichtenfolge (2) an der Oberseite (20) am Träger (70) befestigt ist, wobei die Trägerstrukturierung (72) zu der Strukturierung (3) der Halbleiterschichtenfolge (2) korrespondiert, sodass der Träger (70) und die Halbleiterschichtenfolge (2) mit einer lateralen Toleranz von höchsten 5 µm zueinander justierbar sind.
Herstellungsverfahren für Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit den Schritten: - Wachsen der Halbleiterschichtenfolge (2), - Strukturieren der Halbleiterschichtenfolge (2) mittels einer Materialwegnahme, sodass die mindestens eine geometrische Strukturierung (3) entsteht, und - Erzeugen der Facetten (3) mittels Brechen, wobei das Brechen nur in solchen Gebieten der Halbleiterschichtenfolge (2) erfolgt, aus denen zuvor kein Material der Halbleiterschichtenfolge (2) entfernt wurde.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, mit dem ein Halbleiterlaser (1) nach Anspruch 13 hergestellt wird, wobei die Initiatorbereiche (62) mittels Lasereinstrahlung erzeugt werden, sodass die Oberseite (20) und eine Unterseite (28) eines Aufwachssubstrats (27) für die Halbleiterschichtenfolge (2) an den Facetten (3) eben sind.