DE102007061481A1 - A radiation-emitting semiconductor component with a vertical emission direction and method for producing a radiation-emitting semiconductor component - Google Patents
A radiation-emitting semiconductor component with a vertical emission direction and method for producing a radiation-emitting semiconductor component Download PDFInfo
- Publication number
- DE102007061481A1 DE102007061481A1 DE102007061481A DE102007061481A DE102007061481A1 DE 102007061481 A1 DE102007061481 A1 DE 102007061481A1 DE 102007061481 A DE102007061481 A DE 102007061481A DE 102007061481 A DE102007061481 A DE 102007061481A DE 102007061481 A1 DE102007061481 A1 DE 102007061481A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- semiconductor component
- radiation
- coupling structure
- semiconductor
- emission
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
- H01S5/041—Optical pumping
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
- H01S5/4031—Edge-emitting structures
- H01S5/4043—Edge-emitting structures with vertically stacked active layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
- H01S3/108—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering
- H01S3/109—Frequency multiplication, e.g. harmonic generation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/0206—Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
- H01S5/0217—Removal of the substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
- H01S5/1203—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers over only a part of the length of the active region
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/14—External cavity lasers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/2004—Confining in the direction perpendicular to the layer structure
- H01S5/2018—Optical confinement, e.g. absorbing-, reflecting- or waveguide-layers
- H01S5/2027—Reflecting region or layer, parallel to the active layer, e.g. to modify propagation of the mode in the laser or to influence transverse modes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/34313—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/34346—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser characterised by the materials of the barrier layers
- H01S5/34353—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser characterised by the materials of the barrier layers based on (AI)GaAs
Abstract
Es wird ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement (1) mit vertikaler Emissionsrichtung angegeben, das einen Halbleiterkörper (2) mit einer Halbleiterschichtenfolge aufweist. In der Halbleiterschichtenfolge ist ein zur Erzeugung einer Pumpstrahlung vorgesehener Pumpbereich (3) ausgebildet. Auf dem Pumpbereich (3) ist ein zur Erzeugung einer Emissionsstrahlung vorgesehener Emissionsbereich (4) angeordnet. In dem Halbleiterbauelement ist eine Koppelstruktur (7) ausgebildet. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements (1) angegeben.The invention relates to a radiation-emitting semiconductor component (1) with a vertical emission direction, which has a semiconductor body (2) with a semiconductor layer sequence. In the semiconductor layer sequence, a pump region (3) provided for generating a pump radiation is formed. Arranged on the pump region (3) is an emission region (4) provided for generating an emission radiation. In the semiconductor device, a coupling structure (7) is formed. Furthermore, a method for producing a radiation-emitting semiconductor component (1) is specified.
Description
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement mit vertikaler Emissionsrichtung und Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements Die vorliegende Anmeldung betrifft ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement mit vertikaler Emissionsrichtung und ein Verfahren zu Herstellung eins strahlungsemittierenden Halbleiterleiterbauelement mit vertikaler Emissionsrichtung.The radiation Semiconductor device with vertical emission direction and method for Production of a radiation-emitting semiconductor component The present application relates to a radiation-emitting semiconductor component with vertical emission direction and a method for manufacturing one radiation-emitting semiconductor conductor component with vertical Emission direction.
Optisch gepumpte Halbleiterlaser mit vertikaler Emissionsrichtung, beispielsweise Scheibenlaser, die zusammen mit einem Pumplaser in kompakter Bauform ausgeführt sind, weisen mitunter hohe Absorptionsverluste innerhalb des Lasers auf.optical pumped semiconductor laser with vertical emission direction, for example Disk laser, which together with a pump laser in a compact design accomplished sometimes have high absorption losses within the laser on.
Eine Aufgabe ist es, ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement mit vertikaler Emissionsrichtung anzugeben, das zusammen mit dem Pumplaser in kompakter Bauform ausgeführt ist und verbesserte Eigenschaften aufweist. Weiterhin soll ein Verfahren zu Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements angegeben werden.A The object is a radiation-emitting semiconductor component indicate with vertical emission direction, which together with the pump laser designed in a compact design is and has improved properties. Furthermore, a method for producing a radiation-emitting semiconductor component be specified.
Diese Aufgabe wird durch ein Halbleiterbauelement beziehungsweise ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patenansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.These Task is by a semiconductor device or a Solved method according to the independent claims. Advantageous embodiments and further developments are the subject of the dependent claims.
Gemäß einer Ausführungsform weist ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement mit vertikaler Emissionsrichtung einen Halbleiterkörper mit einer Halbleiterschichtenfolge auf. In der Halbleiterschichtenfolge ist ein zur Erzeugung einer Pumpstrahlung vorgesehener Pumpbereich ausgebildet. Auf dem Pumpbereich ist ein zur Erzeugung einer Emissionsstrahlung vorgesehener Emissionsbereich angeordnet. In dem Halbleiterbauelement ist eine Koppelstruktur ausgebildet.According to one embodiment has a radiation-emitting semiconductor device with vertical Emission direction a semiconductor body with a semiconductor layer sequence on. In the semiconductor layer sequence is a for generating a Pump radiation provided pumping area formed. On the pumping area an emission area provided for generating an emission radiation is arranged. In the semiconductor device, a coupling structure is formed.
Die vertikale Emissionsrichtung verläuft senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung der Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge. Im Betrieb des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements wird die Pumpstrahlung mittels der Koppelstruktur in den Emissionsbereich eingekoppelt. Der Pumpbereich und der Emissionsbereich sind übereinander angeordnet, was eine kompakte Bauform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements vereinfacht. Der Pumpbereich und der Emissionsbereich können hierbei weitgehend unabhängig voneinander konzipiert werden. Die Effizienz der Strahlungserzeugung kann so gesteigert werden.The vertical emission direction is vertical to a main extension direction of the semiconductor layers of the semiconductor layer sequence. During operation of the radiation-emitting semiconductor component the pump radiation by means of the coupling structure in the emission area coupled. The pumping area and the emission area are superimposed arranged, giving a compact design of the radiation-emitting Semiconductor device simplified. The pumping area and the emission area can this largely independent be designed from each other. The efficiency of radiation generation can be increased.
Unter einer Koppelstruktur wird insbesondere eine Struktur verstanden, die sich in lateraler Richtung, also in einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten des Halbleiterkörpers, erstreckt und an der ein Teil der auftreffenden Strahlung infolge von Reflexion, Streuung und/oder Beugung in eine von der ursprünglichen Richtung verschiedene Richtung gelenkt wird. Weiterhin weist die Koppelstruktur vorzugsweise in lateraler Richtung eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Strukturelementen auf. Die Strukturelemente der Koppelstruktur weisen vorzugsweise eine Strukturgröße im Bereich der Wellenlänge, etwa zwischen dem einschließlich 0,1-fachen und dem einschließlich zwanzigfachen, der Pumpstrahlung im Material des Halbleiterkörpers auf.Under a coupling structure is understood in particular as a structure in the lateral direction, ie in a main plane of extension the semiconductor layers of the semiconductor body, and extends at the a part of the incident radiation due to reflection, scattering and / or diffraction in a direction different from the original direction is steered. Furthermore, the coupling structure preferably in lateral direction a plurality of juxtaposed Structural elements on. The structural elements of the coupling structure point preferably a feature size in the range the wavelength, about between the inclusive 0.1 times and including Twenty times, the pump radiation in the material of the semiconductor body.
Im Betrieb des Halbleiterbauelements propagiert die Pumpstrahlung vorzugsweise in einer lateralen Richtung. Die Pumpstrahlung und die Emissionsstrahlung propagieren also in zueinander verschiedenen, insbesondere zueinander senkrecht, stehenden Richtungen. Weiterhin bevorzugt ist die Koppelstruktur dafür vorgesehen, die in lateraler Richtung propagierende Pumpstrahlung teilweise in den Emissionsbereich einzukoppeln.in the Operation of the semiconductor device preferably propagates the pump radiation in a lateral direction. The pump radiation and the emission radiation So they propagate in different ways, especially to each other vertical, upright directions. Further preferred is the coupling structure intended for the partially propagating in the lateral direction pump radiation into the emission area.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Koppelstruktur dafür vorgesehen, einen Teil der in lateraler Richtung propagierenden Pumpstrahlung in eine zur lateralen Richtung schräg oder senkrecht verlaufenden Richtung, insbesondere zum Emissionsbereich hin, umzulenken. Mittels der Koppelstruktur wird also die Pumpstrahlung derart beeinflusst, dass sich für einen Teil der Pumpstrahlung die Ausbreitungsrichtung ändert. Dieser umgelenkte Anteil der Pumpstrahlung weist einen Wellenvektor auf, der in eine von der ursprünglichen lateralen Richtung verschiedene Richtung zeigt. Vorzugsweise zeigt der Wellenvektor des umgelenkten Anteils der Pumpstrahlung aus der Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten des Halbleiterkörpers heraus.In According to a preferred development, the coupling structure is provided for a part of the propagating in the lateral direction pump radiation in an oblique or perpendicular to the lateral direction Direction, in particular to the emission area, to redirect. through The coupling structure is thus the pump radiation influenced such that for a part of the pump radiation changes the propagation direction. This diverted portion of the pump radiation has a wave vector, in one of the original ones lateral direction shows different direction. Preferably shows the wave vector of the diverted portion of the pump radiation from the Main extension plane of the semiconductor layers of the semiconductor body out.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ragt der Pumpbereich in lateraler Richtung zumindest bereichsweise über den Emissionsbereich hinaus. In einer Aufsicht auf das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement ist der Pumpbereich vom Emissionsbereich also nur bereichsweise bedeckt. Eine effiziente Erzeugung der Pumpstrahlung hoher Strahlungsleistung wird hierdurch vereinfacht.In In a preferred embodiment, the pumping area protrudes laterally Direction at least partially beyond the emission range. In a plan view of the radiation-emitting semiconductor component the pumping area is therefore only partially covered by the emission area. An efficient generation of pump radiation of high radiation power is thereby simplified.
Weiterhin bevorzugt ist die Koppelstruktur derart angeordnet, dass von der Koppelstruktur in senkrechte Richtung umgelenkte Strahlung direkt in den Emissionsbereich gelangen kann. Zweckmäßigerweise überlappt die Koppelstruktur in Aufsicht auf das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement, vorzugsweise vollständig, mit dem Emissionsbereich. Ein effizientes optisches Pumpen des Emissionsbereichs wird so vereinfacht.Farther Preferably, the coupling structure is arranged such that of the Coupling structure in the vertical direction deflected radiation directly can get into the emission area. Conveniently, the coupling structure overlaps in a plan view of the radiation-emitting semiconductor component, preferably Completely, with the emission range. An efficient optical pumping of the emission range is so simplified.
Die Pumpstrahlung wird im Betrieb des Halbleiterbauelements vorzugsweise mittels Reflexion und/oder Beugung an der Koppelstruktur in den Emissionsbereich eingekoppelt. Die in den Emissionsbereich eingekoppelte Pumpstrahlung verläuft vorzugsweise überwiegend, etwa zu einem Intensitätsanteil von mindestens 50%, in einem Winkel von höchstens 20° zur vertikalen Richtung.During operation of the semiconductor component, the pump radiation is preferably by means of reflection and / or diffraction coupled to the coupling structure in the emission region. The pump radiation coupled into the emission region preferably runs predominantly, for example to an intensity component of at least 50%, at an angle of at most 20 ° to the vertical direction.
Die in den Emissionsbereich eingekoppelte Pumpstrahlung kann den Emissionsbereich optisch pumpen. In dem optisch gepumpten Emissionsbereich kann, vorzugsweise kohärente, Strahlung mit einer vorgegebenen Emissionswellenlänge erzeugt werden.The Pump radiation coupled into the emission region can determine the emission range optically pump. In the optically pumped emission region, preferably coherent, Radiation can be generated with a given emission wavelength.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Koppelstruktur auf der dem Emissionsbereich abgewandten Seite des Pumpbereichs angeordnet. Eine derartige Koppelstruktur ist gegenüber einer zwischen dem Pumpbereich und dem Emissionsbereich angeordneten Koppelstruktur vereinfacht herstellbar.In In a preferred embodiment, the coupling structure is on the Emission region facing away from the pump region arranged. Such a coupling structure is opposite to one between the pumping area and the emission region arranged coupling structure simplified produced.
Hierbei ist die Koppelstruktur vorzugsweise für den Betrieb in Reflexion vorgesehen, das heißt, die auf die Koppelstruktur auftreffende und die an der Koppelstruktur reflektierten oder gebeugten Strahlungsanteile verlaufen überwiegend auf derselben Seite der Koppelstruktur.in this connection the coupling structure is preferably for operation in reflection provided, that is, the impinging on the coupling structure and on the coupling structure reflected or diffracted radiation components are predominantly on the same side of the coupling structure.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Koppelstruktur entlang der lateralen Richtung periodisch oder zumindest weitgehend periodisch ausgebildet. Eine weitgehend periodische Koppelstruktur wird auch als quasi-periodische Koppelstruktur bezeichnet.In Another preferred embodiment is the coupling structure along the lateral direction periodically or at least largely periodically formed. A largely periodic coupling structure is also called a quasi-periodic coupling structure.
Für eine Periodenlänge L der
periodischen oder quasi-periodischen
Koppelstruktur, also die Länge,
nach der sich die Grundstruktur der Koppelstruktur wiederholt, gilt
vorzugsweise:
Bei einer quasi-periodischen Koppelstruktur entspricht die Periodenlänge dem mittleren Abstand der Strukturelemente, wobei benachbarte Strukturelemente zumindest teilweise in einem davon abweichenden Abstand angeordnet sind.at a quasi-periodic coupling structure corresponds to the period length the mean distance of the structural elements, with adjacent structural elements at least partially arranged in a deviating distance are.
Insbesondere kann die Koppelstruktur als ein Beugungsgitter, bevorzugt als ein ein-dimensionales Beugungsgitter ausgeführt sein.Especially For example, the coupling structure may be used as a diffraction grating, preferably as a diffraction grating be carried out a one-dimensional diffraction grating.
Der
Wellenvektor einer gebeugten Welle kS ergibt
sich aus der so genannten Bragg-Bedingung durch die Gleichung
Für den Fall, dass die in die erste Ordnung gebeugte Strahlung senkrecht zum Beugungsgitter verläuft, also für einen verschwindenden Anteil des Wellenvektors entlang des Beugungsgitters (ks = 0), ergibt sich eine Gitterkonstante von a = λp/n.In the case where the radiation diffracted into the first order is perpendicular to the diffraction grating, ie for a vanishing fraction of the wave vector along the diffraction grating (k s = 0), a lattice constant of a = λ p / n results.
Durch eine Koppelstruktur, deren Periodenlänge der Wellenlänge der Pumpstrahlung im Bereich der Koppelstruktur entspricht, kann also die in lateraler Richtung propagierende Pumpstrahlung in erster Ordnung in vertikaler Richtung gebeugt werden.By a coupling structure whose period length of the wavelength of Pump radiation in the coupling structure corresponds, so can the propagating in the lateral direction pump radiation in the first order be bent in the vertical direction.
Bevorzugt beträgt eine Periodenlänge der Koppelstruktur zwischen dem einschließlich 0,6-fachen und dem einschließlich 1,4-fachen der Wellenlänge der Pumpstrahlung im Bereich der Koppelstruktur, was der obigen Formel für die Periodenlänge L im Fall N = 1 entspricht. Besonders bevorzugt beträgt die Periodenlänge zwischen dem einschließlich 0,8-fachen und dem einschließlich 1,2-fachen, der Wellenlänge der Pumpstrahlung im Bereich der Koppelstruktur.Prefers is a period length the coupling structure between the inclusive of 0.6 times and 1.4 times inclusive the wavelength the pump radiation in the coupling structure, which is the above Formula for the period length L in the case N = 1 corresponds. Particularly preferably, the period length is between including 0.8 times and including 1.2 times, the wavelength the pump radiation in the coupling structure.
In einer alternativen Ausgestaltung ist die Koppelstruktur gemäß einer Zufallstruktur ausgebildet. In diesem Fall sind die Strukturelemente der Koppelstruktur in variablen Abständen zueinander angeordnet, wobei die Anordnung frei von einer Periodizität sein kann.In an alternative embodiment, the coupling structure is according to a Random structure formed. In this case, the structural elements the coupling structure arranged at variable distances from each other, wherein the arrangement may be free of periodicity.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Koppelstruktur mittels nebeneinander angeordneter Ausnehmungen gebildet. Insbesondere können die Ausnehmungen periodisch, quasi-periodisch oder gemäß einer Zufallstruktur angeordnet sein.In In a preferred embodiment, the coupling structure is by means of side by side arranged recesses formed. In particular, the recesses periodically, quasi-periodically or according to one Random structure can be arranged.
Eine laterale Ausdehnung der Ausnehmungen beträgt weiterhin bevorzugt zwischen dem einschließlich 0,3-fachen und dem einschließlich 0,7-fachen, besonders bevorzugt zwischen dem einschließlich 0,4-fachen und dem einschließlich 0,6-fachen, beispielsweise dem 0,5-fachen, der Periodenlänge.A lateral extent of the recesses is still preferred between including 0.3 times and including 0.7 times, more preferably between 0.4 times and including 0.6 times, for example 0.5 times, the period length.
Weiterhin beträgt die laterale Ausdehnung der Ausnehmungen vorzugsweise zwischen dem einschließlich 0,3-fachen und dem einschließlich 0,7-fachen, besonders bevorzugt zwischen dem einschließlich 0,4-fachen und dem einschließlich 0,6-fachen, beispielsweise dem 0,5-fachen, der Wellenlänge der Pumpstrahlung im Bereich der Koppelstruktur.Furthermore, the lateral extent the recesses are preferably between 0.3 times inclusive and 0.7 times inclusive, more preferably between 0.4 times and 0.6 times, for example 0.5 times, the wavelength of Pump radiation in the coupling structure.
Weiterhin bevorzugt sind die Ausnehmungen grabenartig ausgebildet. Hierbei verläuft eine Haupterstreckungsrichtung der Ausnehmungen jeweils senkrecht zur lateralen Richtung und senkrecht zur vertikalen Emissionsrichtung. Auf diese Weise kann mittels der Ausnehmungen ein eindimensionales Beugungsgitter ausgebildet werden.Farther Preferably, the recesses are trench-like. in this connection extends a main extension direction of the recesses in each case vertically to the lateral direction and perpendicular to the vertical emission direction. In this way, by means of the recesses, a one-dimensional diffraction grating be formed.
In einer Ausgestaltungsvariante weisen die Ausnehmungen vertikal verlaufende Seitenflanken auf. Mit Ausnehmungen, die in lateraler Richtung beidseits von vertikalen Seitenflanken begrenzt sind, kann an den Seitenflanken für die in lateraler Richtung propagierende Pumpstrahlung ein besonders scharfer Brechungsindexsprung erzielt werden.In a variant embodiment, the recesses have vertically extending Side flanks on. With recesses in the lateral direction on both sides bounded by vertical side flanks, can be on the side flanks for the In the lateral direction propagating pump radiation a particularly sharp Refractive index jump can be achieved.
Der Querschnitt der Ausnehmungen kann praktisch beliebige Formen annehmen. Insbesondere können die Ausnehmungen eine mehreckige oder zumindest bereichsweise gekrümmte Grundform aufweisen. Weiterhin kann die Koppelstruktur entlang der lateralen Richtung beispielsweise auch sägezahnartig strukturiert sein.Of the Cross-section of the recesses can take virtually any shape. In particular, you can the recesses a polygonal or at least partially curved basic shape exhibit. Furthermore, the coupling structure along the lateral Direction, for example, sawtooth be structured.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung erstrecken sich die Ausnehmungen in den Halbleiterkörper hinein. Die Ausnehmungen sind also zumindest teilweise in dem Halbleiterkörper ausgebildet. Die in lateraler Richtung im Halbleiterkörper propagierende Pumpstrahlung kann so vereinfacht von der Koppelstruktur umgelenkt werden.In In a further preferred embodiment, the recesses extend in the semiconductor body into it. The recesses are thus at least partially formed in the semiconductor body. The in the lateral direction in the semiconductor body propagating pump radiation can be redirected so simplified by the coupling structure.
In einer bevorzugten Weiterbildung sind die Ausnehmungen zumindest teilweise mit einem Füllmaterial gefüllt. Das Füllmaterial weist zweckmäßigerweise einen Brechungsindex auf, der von dem Brechungsindex des Halbleiterkörpers verschieden ist. Weiterhin bevorzugt ist das Füllmaterial für die Pumpstrahlung durchlässig ausgebildet.In In a preferred embodiment, the recesses are at least partially with a filler filled. The filling material has expediently a refractive index different from the refractive index of the semiconductor body. Further preferred is the filler material for the pump radiation permeable educated.
Ferner kann das Füllmaterial ein dielektrisches Material enthalten. Beispielsweise kann das Füllmaterial ein Oxid, ein Nitrid oder ein Oxinitrid enthalten oder aus einem solchen Material bestehen.Further can the filler material contain a dielectric material. For example, the filling material contain an oxide, a nitride or an oxynitride or from a consist of such material.
Alternativ oder ergänzend kann das Füllmaterial ein Metall enthalten. Auf diese Weise kann die Reflektivität der Koppelstruktur gesteigert werden.alternative or in addition can the filler material contain a metal. In this way, the reflectivity of the coupling structure be increased.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Koppelstruktur in vertikaler Richtung derart ausgeführt, dass ein vorgegebener Anteil der Pumpstrahlung in den Emissionsbereich eingekoppelt wird. Je stärker die Koppelstruktur in vertikaler Richtung mit der Ausdehnung der Pumpstrahlung in vertikaler Richtung überlappt, umso größer kann der Anteil der in den Emissionsbereich eingekoppelten Pumpstrahlung sein. Andererseits sollte der Überlapp der Koppelstruktur mit der Pumpstrahlung in vertikaler Richtung hinreichend gering sein, um eine ausreichende Propagation der Pumpstrahlung in lateraler Richtung zu gewährleisten.In In a preferred embodiment, the coupling structure is in vertical Direction executed in such a way that a predetermined proportion of the pump radiation in the emission area is coupled. The stronger the coupling structure in the vertical direction with the extent of Pump radiation in the vertical direction overlaps, the larger it can be the proportion of pump radiation coupled into the emission area be. On the other hand, the overlap the coupling structure with the pump radiation in the vertical direction be sufficiently low to sufficient propagation of the pump radiation to ensure in a lateral direction.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Pumpbereich in einem Wellenleiter angeordnet, wobei der Wellenleiter zur Führung der Pumpstrahlung vorgesehen ist. Der Wellenleiter ist vorzugsweise zwischen Mantelschichten angeordnet, die jeweils einen Brechungsindex aufweisen, der kleiner ist als der Brechungsindex der an die Mantelschicht angrenzenden Wellenleiterschichten.In In a preferred embodiment, the pumping area is in a waveguide arranged, wherein the waveguide provided for guiding the pump radiation is. The waveguide is preferably between cladding layers arranged, each having a refractive index, the smaller is the refractive index of that adjacent to the cladding layer Waveguide layers.
Die Koppelstruktur ragt vorzugsweise in vertikaler Richtung in den Wellenleiter hinein. Bevorzugt ragt die Koppelstruktur in vertikaler Richtung um höchstens 30%, besonders bevorzugt um höchstens 20%, am meisten bevorzugt um höchstens 10%, der vertikalen Ausdehnung des Wellenleiters in den Wellenleiter hinein. Eine nur geringe Störung der lateralen Propagation der Pumpstrahlung kann so bei gleichzeitig effizienter Umlenkung der Pumpstrahlung in den Emissionsbereich erreicht werden.The Coupling structure preferably projects in the vertical direction in the waveguide into it. Preferably, the coupling structure protrudes in the vertical direction at most 30%, more preferably not more than 20%, most preferably at most 10%, the vertical extent of the waveguide in the waveguide into it. Only a small disturbance The lateral propagation of the pump radiation can thus at the same time efficient deflection of the pump radiation into the emission area be achieved.
Die Koppelstruktur kann auch von dem Wellenleiter beabstandet sein. Hierbei ist ein Abstand der Koppelstruktur von einer nächstgelegenen Begrenzung des Wellenleiters in vertikaler Richtung bevorzugt höchstens so groß wie die vertikale Ausdehnung des Wellenleiters. Weiterhin bevorzugt beträgt der Abstand höchstens 10 μm, besonders bevorzugt höchstens 5 μm.The Coupling structure may also be spaced from the waveguide. Here is a distance of the coupling structure of a nearest Limitation of the waveguide in the vertical direction preferably at most as big as the vertical extent of the waveguide. Further preferred is the distance at most 10 μm, especially preferably at most 5 μm.
In einer Ausgestaltungsvariante ist der Emissionsbereich monolithisch in den Halbleiterkörper integriert. Der Emissionsbereich und der Pumpbereich können also in einem gemeinsamen Herstellungsschritt, beispielsweise einer epitaktischen Abscheidung, etwa mittels MOVPE oder MBE, hergestellt werden.In In one embodiment variant, the emission range is monolithic in the semiconductor body integrated. The emission area and the pumping area can thus in a common manufacturing step, for example an epitaxial Deposition, such as MOVPE or MBE, are produced.
In einer alternativen Ausgestaltungsvariante ist der Emissionsbereich separat von dem Halbleiterkörper ausgeführt und bevorzugt an dem Halbleiterkörper befestigt. In diesem Fall können der Emissionsbereich und der Pumpbereich separat voneinander hergestellt und nachfolgend zueinander positioniert werden.In an alternative embodiment variant is the emission range separately from the semiconductor body accomplished and preferably on the semiconductor body attached. In this case, you can the emission area and the pumping area are made separately from each other and subsequently positioned to each other.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist zwischen dem Emissionsbereich und dem Pumpbereich ein Spiegel ausgebildet. Der Spiegel ist insbesondere dafür vorgesehen, die in vertikaler Richtung propagierende Emissionsstrahlung zu reflektieren. Der Spiegel kann hierbei einen Resonatorendspiegel für die Emissionsstrahlung bilden.In a further preferred embodiment, a mirror is formed between the emission region and the pump region. The mirror is in particular intended to reflect the emission radiation propagating in the vertical direction In this case, the mirror can form a resonator end mirror for the emission radiation.
Weiterhin bevorzugt weist der Spiegel für die Pumpstrahlung eine geringere Reflektivität auf als für die Emissionsstrahlung. Eine Einkopplung der Pumpstrahlung in den Emissionsbereich wird dadurch vereinfacht. Bevorzugt beträgt die Reflektivität für die Emissionsstrahlung mindestens 80%, besonders bevorzugt mindestens 90%. Die Reflektivität für die Pumpstrahlung beträgt vorzugsweise höchstens 30%, besonders bevorzugt höchstens 20%.Farther Preferably, the mirror for the pump radiation to a lower reflectivity than for the emission radiation. A Coupling of the pump radiation in the emission range is characterized simplified. Preferably, the reflectivity for the emission radiation at least 80%, more preferably at least 90%. The reflectivity for the pump radiation is preferably at most 30%, most preferably at most 20%.
Der Spiegel kann mehrschichtig ausgebildet sein. Insbesondere kann der Spiegel als Bragg-Spiegel ausgeführt sein.Of the Mirror can be multi-layered. In particular, the Mirror designed as a Bragg mirror be.
Weiterhin kann der Spiegel monolithisch in den Halbleiterkörper integriert sein. Der Spiegel kann also mittels Halbleiterschichten gebildet sein.Farther For example, the mirror can be monolithically integrated into the semiconductor body. The mirror can therefore be formed by means of semiconductor layers.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung enthält der Pumpbereich und/oder Emissionsbereich ein III–V-Verbindungshalbleitermaterial. Mit III–V-Verbindungshalbleitermaterialien können bei der Strahlungserzeugung hohe interne Quanteneffizienzen erzielt werden.In In another preferred embodiment, the pumping area and / or Emission range a III-V compound semiconductor material. With III-V compound semiconductor materials can achieved high internal quantum efficiencies in radiation generation become.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung enthalten der Emissionsbereich und/oder der Pumpbereich eine Quantenstruktur. Die Bezeichnung Quantenstruktur umfasst im Rahmen der Anmeldung insbesondere jegliche Struktur, bei der Ladungsträger durch Einschluss („Confinement") eine Quantisierung ihrer Energiezustände erfahren können. Insbesondere beinhaltet die Bezeichnung Quantenstruktur keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.In Another preferred embodiment includes the emission area and / or the pumping area a quantum structure. The name quantum structure includes in the context of the application in particular any structure, at the carrier by confinement quantization their energy states can learn. In particular, the term quantum structure does not include information about the dimensionality the quantization. It thus includes, among other quantum wells, quantum wires and Quantum dots and any combination of these structures.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Halbleiterbauelement für den Betrieb mit einem externen Resonator vorgesehen. Der externe Resonator kann beispielsweise mittels eines Spiegels gebildet sein, der vom Halbleiterkörper beabstandet ist. Die Emissionsstrahlung durchläuft also einen Freistrahlbereich zwischen dem Halbleiterkörper und dem externen Spiegel. In diesem Freistrahlbereich kann weiterhin bevorzugt ein nichtlinear-optisches Element angeordnet sein. Das nichtlinear-optische Element kann zur Frequenzmischung und/oder zur Frequenzvervielfachung, etwa zur Frequenzverdopplung, der Emissionsstrahlung vorgesehen sein.In Another preferred embodiment is the semiconductor device for the Operation provided with an external resonator. The external resonator may be formed, for example, by means of a mirror, the from the Semiconductor body is spaced. The emission radiation thus passes through a free-jet area between the semiconductor body and the external mirror. In this free jet area can continue preferably a nonlinear optical Be arranged element. The nonlinear optical element can be used for Frequency mixing and / or frequency multiplication, such as frequency doubling, be provided the emission radiation.
Gemäß einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements mit vertikaler Emissionsrichtung wird ein Halbleiterkörper mit einer Halbleiterschichtenfolge, die einen zur Erzeugung einer Pumpstrahlung vorgesehenen Pumpbereich aufweist, abgeschieden. Ein zur Erzeugung einer Emissionsstrahlung vorgesehener Emissionsbereich und der Pumpbereich werden übereinander angeordnet oder übereinander abgeschieden. Eine Koppelstruktur wird ausgebildet und das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement wird fertig gestellt. Die Reihenfolge der durchzuführenden Verfahrensschritte kann hierbei, soweit zweckmäßig, auch von der Reihenfolge dieser Aufzählung abweichen.According to one embodiment a method for producing a radiation-emitting semiconductor component with vertical emission direction is a semiconductor body with a semiconductor layer sequence, the one for generating a pump radiation provided pumping area, deposited. One to the generation an emitting radiation emission area and the pumping area be on top of each other arranged or on top of each other deposited. A coupling structure is formed and the radiation-emitting semiconductor component will be completed. The order of the to be performed Process steps here, if appropriate, also of the order this list differ.
Mit dem beschriebenen Verfahren kann ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement mit vertikaler Emissionsrichtung, das bereits eine Pumpstrahlungsquelle umfasst, vereinfacht hergestellt werden.With The described method can be a radiation-emitting semiconductor component with vertical emission direction, which is already a pump radiation source includes, be made in a simplified manner.
Beim Ausbilden der Koppelstruktur wird vorzugsweise Material des Halbleiterkörpers und/oder Material von auf dem Halbleiterkörper angeordneten Schichten bereichsweise entfernt. Dies kann beispielsweise mittels eines nasschemischen oder eines trockenchemischen Verfahrens erfolgen.At the Forming the coupling structure is preferably material of the semiconductor body and / or material from on the semiconductor body arranged layers removed in areas. This can be, for example by means of a wet-chemical or a dry-chemical process respectively.
Der Halbleiterkörper wird, vorzugsweise epitaktisch, etwa mittels MBE oder MOVPE, auf einem Aufwachssubstrat abgeschieden. Vor dem Ausbilden der Koppelstruktur kann das Aufwachssubstrat entfernt werden. Das Ausbilden einer Koppelstruktur auf der dem Emissionsbereich abgewandten Seite des Pumpbereichs wird so vereinfacht.Of the Semiconductor body is, preferably epitaxially, for example by MBE or MOVPE on deposited on a growth substrate. Before forming the coupling structure The growth substrate can be removed. The formation of a coupling structure on the side of the pumping area facing away from the emission area is so simplified.
Das Aufwachssubstrat kann beispielsweise mechanisch, etwa mittels Schleifens, Lappens oder Polierens, oder chemisch, etwa mittels nasschemischen oder trockenchemischen Ätzens, entfernt werden. Alternativ kann das Aufwachssubstrat mittels kohärenter Strahlung, etwa Laserstrahlung, entfernt werden.The Growth substrate can, for example, mechanically, for example by means of grinding, Lapping or polishing, or chemical, such as by wet chemical or dry chemical etching, be removed. Alternatively, the growth substrate may be formed by coherent radiation, about laser radiation, to be removed.
In einer Ausgestaltungsvariante wird der Emissionsbereich als Teil der Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterkörpers abgeschieden. Insbesondere können der Emissionsbereich und der Pumpbereich in einem gemeinsamen Epitaxie-Schritt hergestellt werden. Hierbei kann zunächst der Pumpbereich und nachfolgend der Emissionsbereich abgeschieden werden oder umgekehrt. Auf einen zusätzlichen Epitaxie-Schritt für die Ausbildung eines separaten, auf Halbleitermaterial basierenden, Emissionsbereichs kann somit verzichtet werden.In a variant of the design is the emission range as part the semiconductor layer sequence of the semiconductor body deposited. Especially can the emission area and the pumping area in a common epitaxy step getting produced. In this case, first the pumping area and subsequently the emission area are deposited or vice versa. On one additional Epitaxy step for the formation of a separate, semiconductor-based, Emission range can thus be waived.
In einer alternativen Ausgestaltungsvariante ist der Emissionsbereich vorgefertigt und wird an dem Halbleiterkörper befestigt. Das Befestigen kann beispielsweise stoffschlüssig, etwa mittels einer Verbindungsschicht erfolgen. Die Verbindungsschicht kann beispielsweise ein Klebemittel enthalten.In an alternative embodiment variant is the emission range prefabricated and is attached to the semiconductor body. The fastening can, for example, cohesively, take place for example by means of a connecting layer. The connection layer can for example, contain an adhesive.
Das beschriebene Verfahren ist zur Herstellung eines weiter oben beschriebenen Halbleiterbauelements besonders geeignet. Im Zusammenhang mit dem Halbleiterbauelement ausgeführte Merkmale können daher auch für das Verfahren herangezogen werden und umgekehrt.The method described is for the manufacture ment of a semiconductor device described above particularly suitable. In the context of the semiconductor device executed features can therefore also be used for the process and vice versa.
Weitere Merkmale, vorteilhafte Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.Further Features, advantageous embodiments and expediencies result from the following description of the embodiments in conjunction with the figures.
Es zeigen:It demonstrate:
die
Gleiche, gleichartige und gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.Same, similar and equally acting elements are in the figures with provided the same reference numerals.
Die Figuren sind jeweils schematische Darstellungen und daher nicht unbedingt maßstabsgetreu. Vielmehr können vergleichsweise kleine Elemente und insbesondere Schichtdicken zur Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt sein.The Figures are schematic representations and therefore not absolutely true to scale. Rather, you can comparatively small elements and in particular layer thicknesses for Exaggeration exaggerated shown big be.
In
der Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterkörpers
Der
Pumpbereich
Weiterhin
weist das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement eine Koppelstruktur
Der
Pumpbereich
Auf
beiden Seiten des Pumpbereichs
Die
Ausnehmungen
Im
Betrieb des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements
Beispielsweise kann die Periodenlänge bei einer Vakuumwellenlänge der Pumpstrahlung von 920 nm und einem Brechungsindex von 3,4 etwa 270 nm betragen.For example can the period length at a vacuum wavelength the pump radiation of 920 nm and a refractive index of 3.4 about 270 nm.
Mittels eines Beugungsgitters, deren Periodenlänge L der Wellenlänge der Pumpstrahlung entspricht, kann ein Teil der Pumpstrahlung an dem Beugungsgitter in erster Ordnung in vertikale Richtung umgelenkt werden. Auf diese Weise kann ein Teil der Pumpstrahlung in den Emissionsbereich eingekoppelt werden.through a diffraction grating whose period length L is the wavelength of Pump radiation corresponds to a part of the pump radiation at the Diffraction grating deflected in the first order in the vertical direction become. In this way, a part of the pump radiation in the emission area be coupled.
Von dem gezeigten Ausführungsbeispiel abweichend kann die Koppelstruktur auch als ein quasi-periodisches Beugungsgitter ausgeführt sein.From the embodiment shown deviating, the coupling structure can also be considered a quasi-periodic Diffraction grating executed be.
Alternativ
können
die Ausnehmungen
Bevorzugt verläuft die in den Emissionsbereich eingekoppelte Pumpstrahlung überwiegend in einem Winkel von höchstens 20° zur vertikalen Richtung.Prefers extends the pump radiation coupled into the emission area predominantly at an angle of at most 20 ° to the vertical direction.
Die
mittels der Koppelstruktur
In
einer Aufsicht auf das Halbleiterbauelement
Zwischen
dem Pumpbereich
Der
Spiegel ist vorzugsweise derart ausgeführt, dass die Reflektivität für die im
Emissionsbereich
Bevorzugt beträgt die Reflektivität für die Emissionsstrahlung mindestens 80%, besonders bevorzugt mindestens 90%. Die Reflektivität für die Pumpstrahlung beträgt vorzugsweise höchstens 30%, besonders bevorzugt höchstens 20%.Prefers is the reflectivity for the emission radiation at least 80%, more preferably at least 90%. The reflectivity for the pump radiation is preferably at most 30%, most preferably at most 20%.
Auf
diese Weise kann die im Betrieb des Halbleiterbauelements im Emissionsbereich
Auf
der dem Pumpbereich
Mittels
eines externen Spiegels
Davon
abweichend kann das strahlungsemittierende Bauelement auf der dem
Pumpbereich
Die
Ausnehmungen
Eine laterale Ausdehnung der Ausnehmungen beträgt weiterhin bevorzugt zwischen dem einschließlich 0,3-fachen und dem einschließlich 0,7-fachen, besonders bevorzugt zwischen dem einschließlich 0,4-fachen und dem einschließlich 0,6-fachen, beispielsweise dem 0,5-fachen, der Periodenlänge. Bei einer Vakuum-Wellenlänge der Pumpstrahlung von 920 nm kann die Ausdehnung beispielsweise 135 nm betragen.A lateral extent of the recesses is still preferred between including 0.3 times and including 0.7 times, more preferably between 0.4 times and including 0.6 times, for example 0.5 times, the period length. at a vacuum wavelength the pump radiation of 920 nm, the expansion, for example 135 nm.
In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel ragt
die Koppelstruktur in vertikaler Richtung in den Wellenleiter
Andererseits
bewirkt die Koppelstruktur
Von
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
abweichend kann die Koppelstruktur
Die
Ausnehmungen
Weiterhin weist das Füllmaterial zweckmäßigerweise einen Brechungsindex auf, der vom Brechungsindex des angrenzenden Halbleitermaterials verschieden ist. Je größer der Unterschied zwischen diesen Brechungsindizes ist, desto stärker ist der Einfluss der Koppelstruktur auf die Pumpstrahlung bei gleich bleibenden Parametern für die geometrische Struktur der Koppelstruktur.Farther has the filler expediently a refractive index, the refractive index of the adjacent Semiconductor material is different. The bigger the difference between these Refractive indices is the stronger is the influence of the coupling structure on the pump radiation at the same remaining parameters for the geometric structure of the coupling structure.
Alternativ oder ergänzend kann das Füllmaterial auch ein Metall enthalten. Auf diese Weise kann die Reflektivität der Koppelstruktur gesteigert werden.alternative or in addition can the filler material also contain a metal. In this way, the reflectivity of the coupling structure be increased.
Weiterhin
weist das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement
Die
Kontakte
Der
Spiegel
Davon
abweichend ist auch eine Anordnung denkbar, bei der der Spiegel
Weiterhin überlappt
die Koppelstruktur
Die
Koppelstruktur ist also in einem Bereich ausgebildet, in dem von
der Koppelstruktur
Der beschriebene Aufbau des Halbleiterbauelements ist für eine Vielzahl von Halbleitermaterialien geeignet. Bevorzugt enthält der Pumpbereich und/oder der Emissionsbereich ein III–V-Verbindungshalbleitermaterial.Of the described structure of the semiconductor device is for a variety of semiconductor materials suitable. The pumping area and / or preferably contains the emission region is a III-V compound semiconductor material.
III–V-Verbindungshalbleitermaterialien sind zur Strahlungserzeugung im ultravioletten (Inx Gay Al1-x-y N) über den sichtbaren (Inx Gay Al1-x-y N, insbesondere für blaue bis grüne Strahlung, oder Inx Gay Al1-x-y P, insbesondere für gelbe bis rote Strahlung) bis in den infraroten (Inx Gay Al1-x-y As) Spektralbereich besonders geeignet. Hierbei gilt jeweils 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1, insbesondere mit x ⇒ 1, y ⇒ 1, x ⇒ 0 und/oder y ⇒ 0. Mit III–V-Verbindungshalbleitermaterialien, insbesondere aus den genannten Materialsystemen, können weiterhin bei der Strahlungserzeugung vorteilhaft hohe interne Quanteneffizienzen erzielt werden.III-V compound semiconductor materials are used for generating radiation in the ultraviolet (In x Ga y Al 1-xy N) over the visible (In x Ga y Al 1-xy N, in particular for blue to green radiation, or In x Ga y Al 1- xy P, especially for yellow to red radiation) to In the infrared (In x Gay Al 1-xy As) spectral range particularly suitable. In each case 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1 and x + y ≦ 1, in particular with x ⇒ 1, y ⇒ 1, x ⇒ 0 and / or y ⇒ 0. With III-V compound semiconductor materials, in particular the said material systems, can be achieved in the generation of radiation advantageously high internal quantum efficiencies.
Der Emissionsbereich und/oder der Pumpbereich enthält vorzugsweise eine Quantenstruktur. Hierbei kann die Quantenstruktur jeweils eine oder mehr Quantenschichten aufweisen.Of the Emission area and / or the pumping area preferably contains a quantum structure. in this connection The quantum structure can each have one or more quantum layers exhibit.
Die Bezeichnung Quantenstruktur umfasst im Rahmen der Anmeldung insbesondere jegliche Struktur, bei der Ladungsträger durch Einschluss ("confinement") eine Quantisierung ihrer Energiezustände erfahren können. Insbesondere beinhaltet die Bezeichnung Quantenstruktur keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.The Designation Quantum structure includes in the context of the application in particular any structure, in the case of carriers by confinement quantization their energy states can learn. In particular, the term quantum structure does not include information about the dimensionality of the quantization. It thus includes, among other things, quantum wells, quantum wires and quantum dots and any combination of these structures.
Nachfolgend wird exemplarisch ein Schichtaufbau für einen Halbleiterkörper beschrieben, dessen Emissionsbereich für die Erzeugung von Strahlung einer Wellenlänge von 1050 nm vorgesehen ist.following By way of example, a layer structure for a semiconductor body is described, its emission range for the generation of radiation of a wavelength of 1050 nm provided is.
Der
Pumpbereich
Die
jeweils an den Wellenleiter
Die
auf unterschiedlichen Seiten des Pumpbereichs
Der
Spiegel
Der
zur Erzeugung der Emissionsstrahlung vorgesehene Emissionsbereich
Auf
der dem Pumpbereich
Durch eine Variation der Halbleiterschichtparameter, insbesondere durch eine Variation der Materialzusammensetzungen und der Schichtdicken der Quantenschichten können die Emissionswellenlängen des Pumpbereichs und des Emissionsbereichs in weiten Grenzen eingestellt werden.By a variation of the semiconductor layer parameters, in particular by a variation of the material compositions and the layer thicknesses the quantum layers can the emission wavelengths the pumping range and the emission range are set within wide limits become.
Ein
zweites Ausführungsbeispiel
für ein strahlungsemittierendes
Halbleiterbauelement ist in
Die Koppelstruktur kann davon abweichend auch derart ausgeführt sein, dass diese die Pumpstrahlung überwiegend aufgrund von Reflexion an der Koppelstruktur umlenkt. In diesem Fall weist die Koppelstruktur vorzugsweise schräg zur vertikalen Richtung stehende Seitenflächen auf. Hierbei muss die Koppelstruktur nicht notwendigerweise periodisch ausgebildet sein. Auch eine periodische Struktur, etwa eine Sägezahnstruktur, deren Periodenlänge erheblich größer ist als die Wellenlänge der Pumpstrahlung, etwa mindestens fünfmal so groß, kann hierbei geeignet sein.Deviating from the coupling structure, it may also be designed in such a way that it deflects the pump radiation mainly due to reflection at the coupling structure. In this case, the coupling structure preferably has side surfaces which are inclined with respect to the vertical direction. Here, the coupling structure does not necessarily perio be educated. Also, a periodic structure, such as a sawtooth structure whose period length is considerably greater than the wavelength of the pump radiation, about at least five times as large, may be suitable here.
Ein
drittes Ausführungsbeispiel
für ein
strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement ist in
Der
Spiegel
Der
Halbleiterkörper
Weiterhin
ist im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel zwischen den
strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement
Selbstverständlich kann
auch ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement gemäß einem der
im Zusammenhang mit den in den
Die Simulation, welche mit Hilfe der so genannten „Finite Difference Time Domain"-Methode durchgeführt wurde, veranschaulicht den Effekt der Koppelstruktur für eine von einer Seite auf die Koppelstruktur einfallende Welle. Positive Winkel der gebeugten Strahlung entsprechen dabei einer Beugung in Vorwärtsrichtung, negative Winkel einer Beugung in Rückwärtsrichtung. Dieser Simulation wurde eine vertikale Ausdehnung der Ausnehmungen der Koppelstruktur von 500 nm, eine laterale Ausdehnung von 135 nm und eine Periodenlänge von 270 nm bei einer Vakuumwellenlänge der Pumpstrahlung von 920 nm und einem Brechungsindex von 3,4 zugrunde gelegt. Die Periodenlänge entspricht also nahezu der Wellenlänge der Pumpstrahlung im Bereich der Koppelstruktur (920 nm/3,4). Die Ausnehmungen sind hierbei mit Luft gefüllt.The Simulation, which was carried out with the help of the so-called "Finite Difference Time Domain" method, illustrates the effect of the coupling structure for one from one side the coupling structure incident wave. Positive angles of the bent Radiation correspond to a diffraction in the forward direction, negative angles of a backward diffraction. This simulation became a vertical extension of the recesses of the coupling structure of 500 nm, a lateral extent of 135 nm and a period length of 270 nm at a vacuum wavelength the pump radiation of 920 nm and a refractive index of 3.4 based. The period length therefore corresponds almost to the wavelength of the pump radiation in the area the coupling structure (920 nm / 3.4). The recesses are here with Filled with air.
Mittels der Koppelstruktur kann also ein Großteil der abgebeugten Intensität I in kleine Winkel zur vertikalen Richtung umgelenkt werden. In dem gezeigten Beispiel wird ein Großteil der Strahlung in einen Winkel von weniger als 4° gebeugt. Ein optisches Pumpen des Emissionsbereichs wird dadurch vereinfacht.through The coupling structure can thus a large part of the diffracted intensity I in small Angle to the vertical direction to be deflected. In the shown Example will be a large part the radiation diffracted at an angle of less than 4 °. An optical pump of the emission range is thereby simplified.
Im
Vergleich hierzu zeigt
Gemäß den durchgeführten Simulationen kann mittels der Koppelstruktur etwa 38% der Pumpstrahlungsleistung in den Emissionsbereich eingekoppelt werden, während ohne eine solche Koppelstruktur lediglich etwa 11% der Pumpstrahlungsleistung in den Emissionsbereich gelangen. Durch die Koppelstruktur kann die Einkopplung also auf einen mehr als dreimal so hohen Wert gesteigert werden.According to the simulations performed By means of the coupling structure about 38% of the pump radiation power in coupled to the emission area, while without such a coupling structure only about 11% of the pump radiation power into the emission range reach. Due to the coupling structure, the coupling can therefore on be increased more than three times as high value.
In
Ein
Ausführungsbeispiel
für ein
Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauelements
mit vertikaler Emissionsrichtung ist in den
Wie
in
Die
Halbleiterschichtenfolge umfasst hierbei den Pumpbereich
Nachfolgend
wird, wie in
Das
Aufwachssubstrat
Die
Koppelstruktur
Nachfolgend
kann auf der dem Emissionsbereich
Das
fertig gestellte Halbleiterbauelement
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder den Ausführungsbeispielen angegeben ist.The The invention is not by the description based on the embodiments limited. Much more For example, the invention includes every novel feature as well as every combination of features, in particular any combination of features in the claims includes, even if this feature or this combination itself not explicitly in the claims or the embodiments is specified.
Claims (43)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102007061481A DE102007061481A1 (en) | 2007-09-21 | 2007-12-20 | A radiation-emitting semiconductor component with a vertical emission direction and method for producing a radiation-emitting semiconductor component |
PCT/DE2008/001425 WO2009036728A1 (en) | 2007-09-21 | 2008-08-26 | Semiconductor component emitting radiation in a vertical direction, and method for the production of a radiation-emitting semiconductor component |
TW097134017A TW200917601A (en) | 2007-09-21 | 2008-09-05 | Radiation emitting semiconductor component with vertical emission direction and method for production of radiation emitting semiconductor component |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102007045306.1 | 2007-09-21 | ||
DE102007045306 | 2007-09-21 | ||
DE102007061481A DE102007061481A1 (en) | 2007-09-21 | 2007-12-20 | A radiation-emitting semiconductor component with a vertical emission direction and method for producing a radiation-emitting semiconductor component |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102007061481A1 true DE102007061481A1 (en) | 2009-04-02 |
Family
ID=40384483
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102007061481A Withdrawn DE102007061481A1 (en) | 2007-09-21 | 2007-12-20 | A radiation-emitting semiconductor component with a vertical emission direction and method for producing a radiation-emitting semiconductor component |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102007061481A1 (en) |
TW (1) | TW200917601A (en) |
WO (1) | WO2009036728A1 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5183555B2 (en) * | 2009-04-02 | 2013-04-17 | キヤノン株式会社 | Surface emitting laser array |
EP2337168B1 (en) * | 2009-12-17 | 2019-12-25 | Forschungsverbund Berlin e.V. | Two-cavity surface-emitting laser |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6339607B1 (en) * | 1999-10-29 | 2002-01-15 | E2O Communications, Inc. | Method and apparatus for modulated integrated optically pumped vertical cavity surface emitting lasers |
US20040165637A1 (en) * | 2002-03-22 | 2004-08-26 | Bullington Jeff A. | Laser-to-fiber coupling |
US20070217463A1 (en) * | 2003-11-13 | 2007-09-20 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Vcsel Pumped In A Monolithically Optical Manner And Comprising A Laterally Applied Edge Emitter |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6330265B1 (en) * | 1998-04-21 | 2001-12-11 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Optical functional element and transmission device |
US6556610B1 (en) * | 2001-04-12 | 2003-04-29 | E20 Communications, Inc. | Semiconductor lasers |
FR2870051B1 (en) * | 2004-05-04 | 2009-04-03 | Commissariat Energie Atomique | RADIATION TRANSMITTER WITH INCLINE PUMP BEAM |
-
2007
- 2007-12-20 DE DE102007061481A patent/DE102007061481A1/en not_active Withdrawn
-
2008
- 2008-08-26 WO PCT/DE2008/001425 patent/WO2009036728A1/en active Application Filing
- 2008-09-05 TW TW097134017A patent/TW200917601A/en unknown
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6339607B1 (en) * | 1999-10-29 | 2002-01-15 | E2O Communications, Inc. | Method and apparatus for modulated integrated optically pumped vertical cavity surface emitting lasers |
US20040165637A1 (en) * | 2002-03-22 | 2004-08-26 | Bullington Jeff A. | Laser-to-fiber coupling |
US20070217463A1 (en) * | 2003-11-13 | 2007-09-20 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Vcsel Pumped In A Monolithically Optical Manner And Comprising A Laterally Applied Edge Emitter |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2009036728A1 (en) | 2009-03-26 |
TW200917601A (en) | 2009-04-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE10330843B4 (en) | Nitride semiconductor light-emitting diode | |
DE4135813C2 (en) | Semiconductor surface emitting laser device | |
EP1287595B1 (en) | Optically pumped, surface-emitting semiconductor laser device and a method for producing the same | |
EP2191547B1 (en) | Optoelectronic component | |
DE102018111319A1 (en) | Optoelectronic semiconductor component and method for producing an optoelectronic semiconductor component | |
DE102007029370A1 (en) | Semiconductor chip and method for producing a semiconductor chip | |
DE102005048408A1 (en) | Thin-film semiconductor body | |
DE102008013896A1 (en) | Laser light source | |
DE102006024220A1 (en) | Optoelectronic semiconductor component | |
DE112005000507T5 (en) | Semiconductor laser element and semiconductor laser element array | |
EP1535376B1 (en) | Optically pumped semiconductor device for radiation emission and the production method thereof | |
EP2218153B1 (en) | Method for producing a radiation-emitting component and radiation-emitting component | |
EP1989765A2 (en) | Semiconductor laser device | |
WO2005117070A2 (en) | Surface-emitting semiconductor laser component featuring emission in a vertical direction | |
DE102009056387A1 (en) | Edge-emitting semiconductor laser | |
EP1605562A2 (en) | Optically pumped semiconductor vertical cavity laser | |
WO2017178219A1 (en) | Edge-emitting semiconductor laser | |
DE102007061481A1 (en) | A radiation-emitting semiconductor component with a vertical emission direction and method for producing a radiation-emitting semiconductor component | |
WO2012140257A1 (en) | Semiconductor chip that emits polarized radiation | |
DE4338606C2 (en) | Profit-coupled laser diode | |
WO2022175159A1 (en) | Radiation-emitting semiconductor component, and process for manufacturing a radiation-emitting semiconductor component | |
DE102020133174A1 (en) | SEMICONDUCTOR LASER AND METHOD OF MANUFACTURING A SEMICONDUCTOR LASER | |
DE3716191C2 (en) | ||
WO2023186390A1 (en) | Surface-emitting semiconductor laser diode and method for producing a surface-emitting semiconductor laser diode | |
WO2024012895A1 (en) | Optoelectronic semiconductor component |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination | ||
R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |
Effective date: 20141223 |