DE102009015314A1 - Semiconductor laser device - Google Patents
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- H01S5/34333—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 based on Ga(In)N or Ga(In)P, e.g. blue laser
Abstract
Vorliegend wird eine Halbleiterlaservorrichtung (1) angegeben. Diese umfasst einen ersten Bereich (2), einen zweiten Bereich, der eine ebene Region (4f) und eine aus der ebenen Region herausragende Region (4g) aufweist, und einen aktiven Bereich (3), der zwischen dem ersten (2) und dem zweiten Bereich angeordnet ist, wobei eine Deckschicht (5, 5a, 5b), die ein Halbleitermaterial oder ein transparentes leitendes Oxid enthält, zumindest bereichsweise direkt auf der herausragenden Region (4g) angeordnet ist und die herausragende Region (4g) lateral überragt.In the present case, a semiconductor laser device (1) is given. It comprises a first region (2), a second region comprising a planar region (4f) and a region (4g) protruding from the planar region, and an active region (3) located between the first (2) and second region is arranged, wherein a cover layer (5, 5a, 5b) containing a semiconductor material or a transparent conductive oxide, at least partially directly on the protruding region (4g) is arranged and the projecting region (4g) laterally surmounted.
Description
Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Halbleiterlaservorrichtung.The The present application relates to a semiconductor laser device.
Lasersystemen auf der Basis von AlGaInN wird eine große Bedeutung für künftige Technologien wie beispielsweise der Laserprojektion, Datenspeicherung oder Drucktechnik und den damit verbundenen Produkten beigemessen. Für einen grundmodigen Laserbetrieb ist eine Laserstruktur mit einem schmalen Lasersteg vorteilhaft. Problematisch ist hierbei jedoch zum einen die mit einem schmalen Lasersteg verbundene geringe Anschlussfläche des p-Kontakts und zum anderen die im GaN-Materialsystem auftretende geringe elektrische Leitfähigkeit. Diese Faktoren können bei Lasersystemen auf der Basis von AlGaInN zu einer hohen Betriebsspannung, einer hohen Verlustleistung und zu einer hohen Alterungsrate führen.laser systems On the basis of AlGaInN will be of great importance for future technologies such as For example, the laser projection, data storage or printing technology and associated products. For one basic mode laser operation is a laser structure with a narrow Laser bar advantageous. The problem here, however, on the one hand the small pad of the p-contact connected to a narrow laser bar and on the other hand, the occurring in the GaN material system low electrical Conductivity. These Factors can for laser systems based on AlGaInN to a high operating voltage, a high power loss and lead to a high rate of aging.
Daher besteht eine zu lösende Aufgabe darin, eine Halbleiterlaservorrichtung mit verbesserten elektrischen Eigenschaften anzugeben.Therefore there is one to be solved Object therein, a semiconductor laser device with improved electrical Specify properties.
Diese Aufgabe wird durch eine Halbleiterlaservorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.These The object is achieved by a semiconductor laser device according to claim 1 solved.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Halbleiterlaservorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.advantageous Embodiments and developments of the semiconductor laser device are the subject of the dependent Claims.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Halbleiterlaservorrichtung einen ersten Bereich, einen zweiten Bereich, der eine ebene Region und eine aus der ebenen Region herausragende Region aufweist, und einen aktiven Bereich, der zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich angeordnet ist, wobei eine Deckschicht, die ein Halbleitermaterial oder ein transparentes leitendes Oxid enthält, zumindest bereichsweise direkt auf der herausragenden Region angeordnet ist und die herausragende Region lateral überragt.According to one preferred embodiment the semiconductor laser device has a first region, a second region Area, which is a flat region and a region outstanding from the flat region has, and an active area between the first and the second region is arranged, wherein a cover layer, the contains a semiconductor material or a transparent conductive oxide, at least is arranged directly on the outstanding region and the outstanding region laterally surmounted.
Ein laterales Überragen der herausragenden Region durch die Deckschicht ist dadurch gegeben, dass die laterale Ausdehnung der Deckschicht größer ist als die laterale Ausdehnung der herausragenden Region. Die laterale Richtung verläuft vorzugsweise senkrecht zu der Richtung, in welcher die herausragende Region aus der ebenen Region herausragt.One lateral overhanging the outstanding region through the top layer is given by that the lateral extent of the cover layer is greater than the lateral extent the outstanding region. The lateral direction preferably runs perpendicular to the direction in which the outstanding region is made the flat region stands out.
Vorteilhafterweise sind die in der Deckschicht enthaltenen Materialien elektrisch leitend, so dass auch die Deckschicht elektrisch leitend ist und über die Deckschicht ein elektrischer Strom in die herausragende Region eingeprägt werden kann. Die Deckschicht kann also als Anschlussschicht für den zweiten Bereich dienen. Für einen elektrischen Kontakt ist zweckmäßigerweise auf der Deckschicht eine Metallschicht vorgesehen, die insbesondere der Deckschicht entsprechende oder größere Abmessungen aufweist. Durch die größere laterale Ausdehung der Deckschicht und der Metallschicht im Vergleich zur herausragenden Region und die damit verbundene größere Anschlussfläche ist aufgrund eines verringerten Kontaktwiderstands eine bessere Stromeinprägung in die herausragende Region möglich, so dass die Betriebsspannung und die Verlustleistung reduziert werden können.advantageously, are the materials contained in the top layer electrically conductive, so that the cover layer is electrically conductive and on the Covering an electrical current to be embossed into the salient region can. The cover layer can therefore be used as a connection layer for the second Serve area. For An electrical contact is expediently on the cover layer a metal layer is provided, in particular the cover layer corresponding or larger dimensions having. Due to the larger lateral Extent of the cover layer and the metal layer in comparison to outstanding region and the associated larger connection area due to a reduced contact resistance, a better current impression in the outstanding region possible, so that the operating voltage and the power loss are reduced can.
Ferner bietet die ausgedehnte Deckschicht im Vergleich zu einer herkömmlichen, auf die Hauptfläche der herausragenden Region beschränkten Deckschicht die Möglichkeit einer höheren Dotierung, so dass hierdurch ebenfalls der Kontaktwiderstand verringert werden kann.Further offers the extended top layer compared to a conventional, on the main surface the outstanding region limited cover layer the possibility a higher one Doping, so that also reduces the contact resistance can be.
Vorzugsweise enthält die Halbleiterlaservorrichtung ein auf Nitrid-Verbindungshalbleitern basierendes Material, was im vorliegenden Zusammenhang bedeutet, dass zumindest eine Schicht der Halbleiterlaservorrichtung, insbesondere der erste Bereich, der zweite Bereich oder der aktive Bereich, ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise AlnGamIn1-n-mN (kurz: AlGaInN) enthalten, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 ist. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen physikalischen Eigenschaften des AlnGamIn1-n-mN-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.The semiconductor laser device preferably contains a material based on nitride compound semiconductors, which in the present context means that at least one layer of the semiconductor laser device, in particular the first region, the second region or the active region, is a nitride compound semiconductor material, preferably Al n Ga m In 1 -nm N (in short: AlGaInN), where 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 and n + m ≤ 1. This material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to the above formula. Rather, it may comprise one or more dopants as well as additional constituents which do not substantially alter the characteristic physical properties of the Al n Ga m In 1-nm N material. For the sake of simplicity, however, the above formula contains only the essential constituents of the crystal lattice (Al, Ga, In, N), even if these may be partially replaced by small amounts of other substances.
Insbesondere enthält die Deckschicht ein auf Nitrid-Verbindungshalbleitern basierendes Material.Especially contains the cover layer on nitride compound semiconductors based material.
Weiterhin kann die Deckschicht ein transparentes leitendes Oxid oder eine Kombination verschiedener transparenter leitender Oxide enthalten. Transparente leitende Oxide (transparent conductive oxides, kurz „TCO”) sind transparente, leitende Materialien, in der Regel Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid (ITO). Neben binären Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise ZnO, SnO2 oder In2O3 gehören auch ternäre Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise Zn2SnO4, CdSnO3, ZnSnO3, MgIn2O4, GaInO3, Zn2In2O5 oder In4Sn3O12 oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitender Oxide zu der Gruppe der TCOs. Weiterhin entsprechen die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrischen Zusammensetzung und können auch p- oder n-dotiert sein.Furthermore, the cover layer may contain a transparent conductive oxide or a combination of different transparent conductive oxides. Transparent conductive oxides ("TCO" for short) are transparent, conductive materials, usually metal oxides, such as zinc oxide, tin oxide, cadmium oxide, titanium oxide, indium oxide or indium tin oxide (ITO). In addition to binary metal oxygen compounds such as ZnO, SnO 2 or In 2 O 3 also include ternary metal oxygen compounds such as Zn 2 SnO 4 , CdSnO 3 , ZnSnO 3 , MgIn 2 O 4 , GaInO 3 , Zn 2 In 2 O 5 or In 4 Sn 3 O 12 or mixtures of different transparent conductive oxides to the group of TCOs. Furthermore, the TCOs do not necessarily correspond to a stoichiometric composition and may also be p- or n-doped.
Gemäß einer bevorzugten Variante zur Herstellung der Halbleiterlaservorrichtung werden der erste Bereich, der aktive Bereich und der zweite Bereich nacheinander auf ein Substrat epitaktisch aufgewachsen. Insbesondere erfolgt das epitaktische Wachstum mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE) oder mittels Molekularstrahlepitaxie (MBE). Der zweite Bereich kann nach dem epitaktischen Wachstum strukturiert, insbesondere geätzt, werden, so dass die ebene Region und die herausragende Region ausgebildet werden. Insbesondere weist die herausragende Region eine stegartige Gestalt auf, das heißt die herausragende Region weist eine langgestreckte, im Querschnitt vorzugsweise trapezförmige Gestalt auf.According to one preferred variant for the production of the semiconductor laser device become the first area, the active area and the second area successively grown epitaxially on a substrate. Especially the epitaxial growth takes place by means of metalorganic vapor phase epitaxy (MOVPE) or molecular beam epitaxy (MBE). The second area can be structured after epitaxial growth, in particular etched, so that educated the flat region and the outstanding region become. In particular, the outstanding region has a ridge-like Take shape, that is the outstanding region has an elongated, in cross-section preferably trapezoidal Build up.
Der zweite Bereich kann mit unterschiedlichen Strukturtiefen versehen sein. Wird die herausragende Region mittels Ätzen hergestellt, so entspricht die Strukturtiefe der Ätztiefe. Der zweite Bereich kann beispielsweise nur bis zu einer Mantelschicht der Halbleiterlaservorrichtung strukturiert werden. Vorteilhafterweise können dadurch Schäden in einer darunter liegenden Wellenleiterschicht vermieden werden. Jedoch ist hierbei die Stromaufweitung größer als im Falle einer Strukturtiefe, die bis zum aktiven Bereich reicht.Of the second area can provide different texture depths be. If the outstanding region is produced by etching, then the texture depth of the etch depth. The second area may, for example, only up to a cladding layer the semiconductor laser device are structured. advantageously, can this damages in an underlying waveguide layer can be avoided. however in this case the current expansion is greater than in the case of a structure depth, which extends to the active area.
Vorliegend kommen daher je nach Anforderung an die Halbleiterlaservorrichtung verschiedene Strukturtiefen in Frage.present Therefore, depending on the requirements of the semiconductor laser device different structure depths in question.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Halbleiterlaservorrichtung ist die Deckschicht epitaktisch aufgewachsen. Mit Vorteil findet das Wachstum der Deckschicht nach der Herstellung der herausragenden Region statt. Die Deckschicht kann derart aufgewachsen werden, dass sie insbesondere eine Hauptfläche der herausragenden Region vollständig bedeckt und sich in lateraler Richtung über die herausragende Region hinaus erstreckt.at an advantageous embodiment of the semiconductor laser device the cover layer has grown epitaxially. With advantage the growth of the topcoat after the production of the outstanding Region instead. The cover layer can be grown in such a way that In particular, they have a main surface the outstanding region completely covered and in the lateral direction over the outstanding region extends.
Beispielsweise kann die herausragende Region in zwei Schritten mit einem Halbleitermaterial mittels MOVPE überwachsen werden. Die beiden Aufwachsschritte finden insbesondere vor und nach dem Ablösen einer zur Herstellung der herausragenden Region verwendeten Maske statt. Vorteilhaftweise können durch das Überwachsen in zwei Schritten Schichten unterschiedlicher elektrischer und optischer Eigenschaften ausgebildet werden, so dass auch die Deckschicht, die sich aus diesen Schichten zusammensetzt, unterschiedliche elektrische und optische Eigenschaften aufweisen kann. Beispielsweise kann eine untere, an Seitenflanken der herausragenden Region angrenzende Teilschicht der Deckschicht ein Material enthalten, das eine geringe elektrische Leitfähigkeit und einen für einen monomodigen Laserbetrieb geeigneten Brechungsindex oder einen hohen Absorptionsgrad aufweist. Weiterhin kann eine obere, an eine Hauptfläche der herausragenden Region angrenzende Teilschicht der Deckschicht ein Material mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit für einen optimalen elektrischen Kontakt aufweisen. Ferner kann in der Deckschicht ein Übergitter, insbesondere aus AlInGaN/AlInGaN, ausgebildet werden.For example The outstanding region can be used in two steps with a semiconductor material Overgrow MOVPE become. The two growth steps find in particular before and after peeling off a mask used to make the salient region instead of. Advantageously, can by overgrowing in two steps layers of different electrical and optical Properties are formed so that even the top layer, which is composed of these layers, different electrical and optical properties. For example, a lower, adjacent to side flanks of the outstanding region sublayer the cover layer contain a material that has a low electrical conductivity and one for a monomode laser operation suitable refractive index or a has a high degree of absorption. Furthermore, an upper, to a main area the outstanding region adjacent sub-layer of the top layer a material with a high electrical conductivity for optimal electrical Have contact. Furthermore, in the cover layer, a superlattice, in particular from AlInGaN / AlInGaN.
Alternativ kann die Deckschicht mittels MBE oder HVPE (Hydridgasphasenepitaxie) erzeugt werden. Der Vorteil bei diesen Verfahren ist der geringere Wasserstoff-Eintrag in die Laserstruktur im Vergleich zur Herstellung durch MOVPE, so dass im Gegensatz zur MOVPE keine zusätzliche Aktivierung notwendig ist.alternative Can the top layer be treated by MBE or HVPE (hydride gas phase epitaxy)? be generated. The advantage with these methods is the lower one Hydrogen entry into the laser structure compared to the production by MOVPE, so that in contrast to MOVPE no extra Activation is necessary.
Bei einer alternativen Variante wird die Deckschicht gedampft, gesputtert, geschleudert oder durch Ionenplattierung hergestellt. Dies ist weniger aufwändig als die Überwachsung mittels MOVPE. Niedrigere Abscheidungstemperaturen können vorteilhafterweise die Temperatur-induzierten Defekte im aktiven Bereich reduzieren. Insbesondere wird die Deckschicht durch Abscheidung eines oder verschiedener TCOs gebildet. Vorteilhafterweise ist bei einer Deckschicht, die ein TCO enthält, die Stromaufweitung reduziert.at an alternative variant, the cover layer is evaporated, sputtered, spun or prepared by ion plating. This is less expensive than the overgrowth using MOVPE. Lower deposition temperatures may be advantageous reduce the temperature-induced defects in the active area. In particular, the cover layer is deposited by deposition of one or more TCOs formed. Advantageously, in a cover layer, the contains a TCO, the current expansion is reduced.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Halbleiterlaservorrichtung ist der erste Bereich von einem ersten Leitfähigkeitstyp und der zweite Bereich von einem zweiten Leitfähigkeitstyp. Insbesondere ist der erste Bereich n-leitend, während der zweite Bereich p-leitend ist.According to one preferred embodiment of the semiconductor laser device is the first region of a first conductivity type and the second Range of a second conductivity type. In particular, the first region is n-type, while the second region is p-type is.
Ferner kann der zweite Bereich zumindest bereichsweise nominell undotiert sein. Durch Defekte im Material tritt hierbei eine geringfügige n-Leitfähigkeit auf.Further For example, the second area may be nominally undoped at least in some areas be. Defects in the material cause a slight n-conductivity on.
Der zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich angeordnete aktive Bereich ist insbesondere zur Strahlungserzeugung vorgesehen und weist einen pn-Übergang auf. Dieser pn-Übergang kann im einfachsten Fall mittels einer p-leitenden und einer n-leitenden Halbleiterschicht gebildet sein, die unmittelbar aneinandergrenzen. Bevorzugt ist zwischen der p-leitenden und der n-leitenden Schicht die eigentliche Strahlung erzeugende Struktur, etwa in Form einer dotierten oder undotierten Quantenstruktur, ausgebildet. Die Quantenstruktur kann als Einfachquantentopfstuktur (SQW, Single Quantum Well) oder Mehrfachquantentopfstruktur (MQW, Multiple Quantum Well) oder auch als Quantendraht oder Quantenpunktstruktur ausgebildet sein.Of the between the first and the second area arranged active area is intended in particular for generating radiation and has a pn junction on. This pn junction can in the simplest case by means of a p-type and an n-type Semiconductor layer may be formed, which adjoin one another directly. It is preferred between the p-type and the n-type layer is the actual radiation-producing layer Structure, for example in the form of a doped or undoped quantum structure, educated. The quantum structure can be considered a single quantum well structure (SQW, single quantum well) or multiple quantum well structure (MQW, Multiple quantum well) or as quantum wire or quantum dot structure be educated.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung erstreckt sich die Deckschicht von einer Hauptfläche der herausragenden Region zumindest bis auf Seitenflanken der herausragenden Region. Insbesondere passt sich die Deckschicht der Form der herausragenden Region an, das heißt auch die Deckschicht kann eine stegförmige Gestalt aufweisen.In an advantageous embodiment of the semiconductor laser device, the cover layer extends from a major surface of the protruding region at least to side flanks of the out projecting region. In particular, the cover layer adapts to the shape of the protruding region, that is to say the cover layer can also have a web-shaped form.
Gemäß einer Weiterbildung der Halbleiterlaservorrichtung ist auf der ebenen Region des zweiten Bereichs eine Passivierungsschicht angeordnet. Die Passivierungsschicht enthält mit Vorteil ein elektrisch isolierendes Material, insbesondere ein elektrisch isolierendes Nitrid wie Siliziumnitrid oder Aluminiumnitrid oder ein elektrisch isolierendes Oxid wie ein Silizium-, Zirkonium-, Aluminium- oder Hafniumoxid. Diese Materialien sind im Hinblick auf ihre Brechungsindizes besonders geeignet, da mittels des dadurch auftretenden Brechungsindexsprungs zwischen der Passivierungsschicht und dem angrenzenden zweiten Bereich ein indexgeführter Laserbetrieb möglich ist. Darüber hinaus ermöglicht die herausragende Region einen gewinngeführten Laserbetrieb.According to one Development of the semiconductor laser device is on the plane Region of the second area a passivation layer arranged. The passivation layer contains with advantage an electrically insulating material, in particular a electrically insulating nitride such as silicon nitride or aluminum nitride or an electrically insulating oxide such as silicon, zirconium, Aluminum or Hafnium oxide. These materials are in terms of their refractive indices particularly suitable, since by means of the resulting refractive index jump between the passivation layer and the adjacent second region an index-led Laser operation possible is. About that also allows the outstanding region a profit-driven laser operation.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung erstreckt sich die Deckschicht entlang der Seitenflanken bis zur Passivierungsschicht. Insbesondere überdeckt die Deckschicht hierbei eine zur herausragenden Region gehörende Kontaktschicht, die der Deckschicht zugewandt ist. Die Kontaktfläche zwischen der Deckschicht und der Kontaktschicht ist somit größer als bei einer bloßen Aufbringung auf die Hauptfläche der herausragenden Region. Somit ist auch der elektrische Kontakt zwischen der Deckschicht und der Kontaktschicht verbessert. Die Passivierungsschicht befindet sich hingegen mit Vorteil in einem Bereich, der vorrangig nicht zur Stromeinprägung vorgesehen ist, beispielsweise im Bereich der Mantelschicht oder einer Wellenleiterschicht, die auf einer der Deckschicht abgewandten Seite der Kontaktschicht angeordnet sind.at In an advantageous embodiment, the cover layer extends along the side flanks up to the passivation layer. In particular, covered the cover layer is a contact layer belonging to the outstanding region, which faces the cover layer. The contact surface between the cover layer and the contact layer is thus larger than in a mere application on the main surface the outstanding region. Thus, also the electrical contact improved between the cover layer and the contact layer. The Passivation layer, however, is located with advantage in one Area that is not primarily intended for Stromeinprägung, for example in the region of the cladding layer or a waveguide layer, the arranged on a side facing away from the cover layer of the contact layer are.
Zur Dämpfung höherer Moden kann die Deckschicht zumindest teilweise als Absorber ausgebildet sein. Der Absorptionsgrad der Deckschicht kann durch Änderung der Materialzusammensetzung innerhalb der Deckschicht eingestellt werden.to damping higher Modes, the cover layer at least partially formed as an absorber be. The degree of absorption of the cover layer can change set the material composition within the cover layer become.
Bei einer weiteren Ausgestaltung erstreckt sich die Deckschicht von der Hauptfläche bis in die ebene Region. Die Deckschicht kann die ebene Region nur teilweise oder vollständig bedecken. Bei dieser Ausgestaltung ist somit nicht nur über die herausragende Region, sondern auch über die ebene Region eine Stromeinprägung in die Halbleiterlaservorrichtung möglich.at In another embodiment, the cover layer extends from the main surface to the flat region. The topcoat can only be the flat region partially or completely cover. In this embodiment is thus not only about the outstanding region, but also over the flat region a current impression in the semiconductor laser device possible.
Bei vollständiger Bedeckung der ebenen Region durch die Deckschicht kann im Randbereich eine Passivierungsschicht auf der Deckschicht angeordnet sein. Alternativ kann die ebene Region im Randbereich unbedeckt sein. Bei beiden Ausführungsformen kann auf eine zusätzliche Stromstoppschicht verzichtet werden.at complete Covering the flat region by the cover layer can in the edge area a Passivierungsschicht be arranged on the cover layer. alternative the flat region in the edge area can be uncovered. By both embodiments can on an additional Power stop layer can be omitted.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zwischen dem zweiten Bereich und der Deckschicht eine Stromstoppschicht angeordnet. Die Stromstoppschicht kann zumindest teilweise auf der ebenen Region angeordnet sein. Weiterhin kann sich die Stromstoppschicht bis auf die Seitenflanken der herausragenden Region erstrecken.According to one another embodiment between the second region and the cover layer is a current stop layer arranged. The power stop layer may be at least partially on the be arranged in a flat region. Furthermore, the current stop layer can extend to the side flanks of the outstanding region.
Die Stromstoppschicht ist elektrisch schlecht leitend oder elektrisch isolierend, so dass ein vernachlässigbarer elektrischer Strom durch sie hindurchfließt. Beispielsweise kann die Stromstoppschicht ein dielektrisches Material enthalten. Ferner kann die Stromstoppschicht ein Nitrid, beispielsweise AlN, enthalten. Weiterhin kann die Stromstoppschicht aus einer undotierten Halbleiterschicht, aus einer dotierten Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp oder aus einer schwach dotierten Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp gebildet sein. Insbesondere ist die Stromstoppschicht epitaktisch aufgewachsen.The Power stop layer is electrically poorly conductive or electrically isolating, leaving a negligible electric current flows through them. For example, the Stromstoppschicht contain a dielectric material. Furthermore, can the current stop layer contain a nitride, for example AlN. Furthermore, the current-stop layer may consist of an undoped semiconductor layer, from a doped semiconductor layer of the first conductivity type or of a lightly doped semiconductor layer of the second conductivity type be formed. In particular, the current stop layer is epitaxial grew up.
Die Stromstoppschicht enthält mit Vorteil ein Material, dessen Brechungsindex sich derart von dem Brechungsindex des angrenzenden zweiten Bereichs unterscheidet, dass unter anderem ein indexgeführter Laserbetrieb möglich ist.The Power stop layer contains Advantageously, a material whose refractive index is so different from the Refractive index of the adjacent second area is different, that among other things an index-led Laser operation possible is.
Ferner kann die Stromstoppschicht mit einer Dicke ausgebildet sein, bei welcher Schäden und Defekte der herausragenden oder ebenen Region, die durch die Strukturierung hervorgerufen werden, ausgeglichen sind.Further For example, the current stop layer may be formed with a thickness at which damage and defects of the outstanding or even region, which are caused by the Structuring are balanced.
Ferner kann die Stromstoppschicht die Seitenflanken der herausragenden Region vor schneller Alterung schützen.Further The power stop layer can be the side edges of the outstanding Protect the region from rapid aging.
Wie bereits erwähnt, weist die herausragende Region gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform an der Grenze zur Deckschicht eine Kontaktschicht auf. Die Kontaktschicht grenzt zumindest bereichsweise direkt an die Deckschicht an. Vorzugsweise ist die Kontaktschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp. Insbesondere ist die Kontaktschicht p-leitend. Beispielsweise kann die Kontaktschicht p-dotiertes GaN enthalten.As already mentioned, indicates the salient region according to an advantageous embodiment at the border to the cover layer on a contact layer. The contact layer at least partially borders directly on the cover layer. Preferably is the contact layer of the second conductivity type. In particular the contact layer p-type. For example, the contact layer may contain p-doped GaN.
Ferner kann die herausragende Region eine an die Kontaktschicht angrenzende Mantelschicht aufweisen. Auch diese ist vorzugsweise vom zweiten Leitfähigkeitstyp. Die Mantelschicht kann aus p-dotiertem AlInGaN gebildet sein.Further the outstanding region may be adjacent to the contact layer Sheath layer have. This too is preferably of the second conductivity type. The cladding layer may be formed of p-doped AlInGaN.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung dient die Deckschicht als weitere Kontaktschicht. Insbesondere kann die Deckschicht das gleiche Material wie die darunterliegende Kontaktschicht enthalten.According to one preferred embodiment, the cover layer serves as a further contact layer. In particular, the cover layer may be the same material as the underlying material Contact layer included.
Nachfolgend werden Ausführungsformen einer Halbleiterlaservorrichtung beschrieben, die einen Tunnelübergang aufweisen. Vorzugsweise ist der Tunnelübergang zur elektrischen Kontaktierung des zweiten Bereichs vorgesehen. Insbesondere ist der Tunnelübergang in der herausragenden Region angeordnet.following become embodiments a semiconductor laser device having a tunnel junction exhibit. Preferably, the tunnel junction is for electrical contacting of the second area. In particular, the tunnel junction arranged in the outstanding region.
Es versteht sich, dass die nachfolgend beschriebenen Ausgestaltungen auch bei einer Halbleiterlaservorrichtung ohne Tunnelübergang Anwendung finden können und umgekehrt.It it is understood that the embodiments described below even in a semiconductor laser device without tunnel junction Application can be found and vice versa.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Tunnelübergang mittels einer hochdotierten Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps und einer hochdotierten Schicht des zweiten Leitfähigkeitstyps gebildet. Somit ist der zweite Bereich nicht durchgehend vom zweiten Leitfähigkeitstyp. Vielmehr ist der zweite Bereich nur bereichweise vom zweiten Leitfähigkeitstyp. Es sei angemerkt, dass die Halbleiterschichten des Tunnelübergangs nicht notwendigerweise homogen dotiert sein müssen, da bereits eine hohe Dotierung an der Grenzfläche zu der jeweils anderen Halbleiterschicht zur Ausbildung eines Tunnelübergangs ausreichen kann.According to one preferred embodiment is the tunnel junction by means of a highly doped layer of the first conductivity type and a heavily doped layer of the second conductivity type educated. Thus, the second area is not continuous with the second one Conductivity type. Rather, the second area is only partially of the second conductivity type. It should be noted that the semiconductor layers of the tunnel junction not necessarily be homogeneously doped, since already a high Doping at the interface to the other semiconductor layer for forming a tunnel junction can suffice.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Tunnelübergang zwischen einer Schicht vom ersten Leitfähigkeitstyp und einer Schicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp angeordnet, wobei vorzugsweise die Schicht vom ersten Leitfähigkeitstyp auf einer dem aktiven Bereich abgewandten Seite des Tunnelübergangs angeordnet ist, während die Schicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp auf einer dem aktiven Bereich zugewandten Seite angeordnet ist. Weiterhin enthält vorzugsweise die Schicht vom ersten Leitfähigkeitstyp n- dotiertes GaN, während die Schicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp p-dotiertes GaN aufweist. Insbesondere befinden sich beide Schichten in der herausragenden Region. Somit ist der Tunnelübergang in der herausragenden Region vergraben.at An advantageous development is the tunnel junction between a layer of the first conductivity type and a layer of the second conductivity type, wherein preferably the layer of the first conductivity type on one of the active Area remote side of the tunnel junction is arranged while the Layer of the second conductivity type is arranged on a side facing the active area. Furthermore preferably contains the first conductivity type layer n-doped GaN, while the second conductivity type layer having p-doped GaN. In particular, both layers are located in the outstanding region. Thus, the tunnel junction buried in the outstanding region.
Durch die Verwendung eines vergrabenen Tunnelübergangs kann oberhalb der herausragenden Region mit Vorteil auf Magnesium-dotierte Schichten verzichtet werden. Dadurch kann errreicht werden, dass auf der Seite der herausragenden Region geringere Alterungseffekte in der Halbleiterlaservorrichtung auftreten, die ansonsten durch die Diffusion von Magnesium herbeigeführt werden können. Ferner sind dadurch die optische Absorption und der Serienwiderstand verringert.By the use of a buried tunnel junction may be above the outstanding region can be advantageously dispensed with magnesium-doped layers. This can be achieved on the side of the outstanding Region lower aging effects in the semiconductor laser device occur otherwise caused by the diffusion of magnesium can. Further This reduces the optical absorption and the series resistance.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Deckschicht, die zumindest bereichsweise direkt auf der herausragenden Region angeordnet ist und die herausragende Region lateral überragt, vom ersten Leitfähigkeitstyp.According to one preferred embodiment is the cover layer, at least partially is located directly on the outstanding region and the outstanding Region laterally overhanging, of the first conductivity type.
Besonders bevorzugt ist die Deckschicht auf die herausragende Region epitaktisch aufgewachsen.Especially Preferably, the topcoat is epitaxial to the salient region grew up.
Die Deckschicht kann derart auf die ebene Region aufgebracht sein, dass der durch die Strukturierung frei gelegte Bereich neben der herausragenden Region von der Deckschicht ausgefüllt ist.The Covering layer may be applied to the planar region such that the area exposed by the structuring next to the protruding one Region is filled by the topcoat.
Beispielsweise kann die Deckschicht n-dotiertes AlInGaN, insbesondere n-dotiertes AlInN oder n-dotiertes AlGaN enthalten oder daraus bestehen. Alternativ kann die Deckschicht ein n-dotiertes TCO enthalten oder daraus bestehen.For example For example, the cover layer may comprise n-doped AlInGaN, in particular n-doped Contain or consist of AlInN or n-doped AlGaN. alternative For example, the topcoat may contain or consist of an n-doped TCO.
Im einfachsten Fall ist die Deckschicht durchgehend aus einem Material gebildet.in the The simplest case is the cover layer made of one material educated.
Es ist jedoch auch möglich, die Deckschicht inhomogen auszubilden, so dass sie verschiedene Materialien aufweist.It but it is also possible to form the cover layer inhomogeneous, so that they have different materials having.
Beispielsweise kann sich die Deckschicht aus Schichten unterschiedlicher elektrischer und optischer Eigenschaften zusammensetzen. Insbesondere kann eine an die ebene Region angrenzende untere Teilschicht der Deckschicht ein Material mit geringer elektrischer Leitfähigkeit und passendem Brechungsindex zur Dämpfung höherer Moden enthalten. Weiterhin kann eine an die Hauptfläche der herausragenden Region angrenzende obere Teilschicht der Deckschicht eine hohe elektrische Leitfähigkeit für einen guten elektrischen Kontakt aufweisen. Zum Beispiel kann die untere Teilschicht ein elektrisch isolierendes Material, insbesondere ein elektrisch isolierendes Oxid wie ein Siliziumoxid oder ein elektrisch isolierendes Nitrid wie Siliziumnitrid, enthalten oder daraus bestehen. Die obere Teilschicht kann hingegen aus einem elektrisch leitenden Material wie einem n-dotierten TCO gebildet sein. Ferner können die untere Teilschicht aus einem Halbleitermaterial, etwa einem undotierten AlGaN, und die obere Teilschicht ebenfalls aus einem Halbleitermaterial, etwa einem n-dotierten AlInGaN, insbesondere einem n-dotierten GaN, gebildet sein.For example The cover layer may consist of layers of different electrical and optical properties. In particular, a adjacent to the planar region lower sub-layer of the cover layer a material with low electrical conductivity and matching refractive index for damping higher Modes included. Furthermore, one to the main surface of the outstanding Region adjacent upper sub-layer of the top layer has a high electrical conductivity for one have good electrical contact. For example, the lower Partial layer of an electrically insulating material, in particular an electrical insulating oxide such as a silicon oxide or an electrically insulating Nitride such as silicon nitride, contain or consist of. The upper Partial layer, however, can be made of an electrically conductive material be formed as an n-doped TCO. Furthermore, the lower sub-layer of a semiconductor material, such as an undoped AlGaN, and the upper sub-layer also made of a semiconductor material, formed about an n-doped AlInGaN, in particular an n-doped GaN be.
Es ist jedoch auch möglich, dass sich in der Deckschicht verschiedene Halbleiterschichten, etwa mehrere AlInGaN-Schichten, mit verschiedener Materialzusammensetzung, insbesondere mit verschiedenem Indiumgehalt, oder unterschiedlicher Dotierung abwechseln. Es ist ferner denkbar, dass sich die Materialzusammensetzung, insbesondere der Indiumgehalt, oder die Dotierung von Schicht zu Schicht kontinuierlich ändern. Weiterhin kann in der Deckschicht ein Übergitter, insbesondere aus AlInGaN/AlInGaN, vorgesehen werden.It but it is also possible that in the cover layer different semiconductor layers, such as several AlInGaN layers with different material composition, in particular with different Indium content, or different doping alternate. It is Furthermore, it is conceivable that the material composition, in particular the indium content, or the doping change from layer to layer continuously. Farther can be a superlattice, in particular from AlInGaN / AlInGaN.
Bei einer vorteilhaften Variante ist zur Dämpfung höherer Moden auf der ebenen Region ein Absorber vorgesehen. Dieser kann beispielsweise in Form einer strukturierten Schicht direkt auf die ebene Region aufgebracht sein.In an advantageous variant, an attenuation for higher modes on the flat region is an Ab Sorber provided. This can be applied for example in the form of a structured layer directly on the planar region.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist zwischen dem zweiten Bereich und der Deckschicht eine Stromstoppschicht vorgesehen. Diese kann sich beispielsweise von der ebenen Region bis auf die Seitenflanken der herausragenden Region erstrecken. Dadurch können die Seitenflanken vor schneller Alterung geschützt werden.According to one preferred training is between the second area and the Cover layer provided a power stop layer. This can be, for example from the flat region to the side flanks of the outstanding ones Region. Thereby can the side edges are protected from rapid aging.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist auf einer der herausragenden Region abgewandten Seite der Deckschicht eine Kontaktschicht angeordnet. Vorzugsweise wird die Deckschicht von der Kontaktschicht ganzflächig bedeckt. Die Kontaktschicht kann beispielsweise n-dotiertes GaN enthalten oder daraus bestehen.at a preferred embodiment is on one of the outstanding Region side facing away from the cover layer arranged a contact layer. Preferably the cover layer is covered over its entire area by the contact layer. The contact layer may contain, for example, n-doped GaN or consist of.
Weiter bevorzugt weist die Deckschicht auf einer der herausragenden Region abgewandten Seite eine ebene Hauptfläche auf. Die Deckschicht passt sich hierbei nicht der Form der herausragenden Region an. Sie weist insbesondere auf der der herausragenden Region abgewandten Seite eine größere Oberfläche auf als die Hauptfläche der herausragenden Region. Die auf der Deckschicht angeordnete Kontaktschicht weist somit ebenfalls eine größere Oberfläche auf als die Hauptfläche der herausragenden Region. Dadurch ist die Anschlussfläche der Halbleiterlaservorrichtung vorteilhaft vergrößert.Further Preferably, the cover layer is on one of the protruding regions facing away from a flat main surface. The cover layer adapts not the shape of the outstanding region. She points in particular on the side facing away from the outstanding region on a larger surface as the main surface the outstanding region. The contact layer arranged on the cover layer thus also has a larger surface area as the main surface the outstanding region. As a result, the pad of the semiconductor laser device advantageously increased.
Vorzugsweise dient die Deckschicht bei einer Halbleiterlaservorrichtung mit vergrabenem Tunnelübergang als Mantelschicht.Preferably serves the cover layer in a semiconductor laser device with buried Tunnel junction as a cladding layer.
Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den folgenden
Erläuterungen
in Verbindung mit den
Es zeigen:It demonstrate:
In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the embodiments and figures are the same or equivalent components with the provided the same reference numerals.
Die
Halbleiterlaservorrichtung
Der
erste Bereich
Dem
aktiven Bereich
Ferner
umfasst der zweite Bereich eine Elektronenstoppschicht
Wie
aus
Die
herausragende Region
Der
zweite Bereich umfasst die Halbleiterschichten
Auf
der herausragenden Region
Bei
dem in
Die
Deckschicht
Mit
Vorteil weist die Deckschicht
Zwischen
der Deckschicht
Auf
die unbedeckte Oberfläche
der Deckschicht
Zur
Herstellung der in
Vorzugsweise
wird der zweite Bereich bis zur p-Wellenleiterschicht entfernt,
um die herausragende Region
Alternativ
kann der zweite Bereich bis zur Elektronenstoppschicht
Nach
der Herstellung der herausragenden Region
In
einem darauffolgenden Schritt kann die Kontaktschicht
Die
Halbleiterlaservorrichtung
In
diesem Fall kann die auf den Seitenflanken angeordnete Deckschicht
Ansonsten
kann die in
Im
Gegensatz zu den Ausführungsbeispielen der
Insbesondere
enthält
bei diesen Ausführungsbeispielen
die Mantelschicht
Hierbei
ist der Brechungsindexunterschied zwischen Deckschicht
Die
Stromstoppschicht
Das
in
Bei
dem in
Durch
die Stromstoppschicht
Auch
das in
Bei
dem in
Auch
das in
Bei
dem in
Die
Deckschicht
Auch
das in
Bis
auf die genannten Unterschiede können die
in den
Die
Halbleiterlaservorrichtung
Der
erste Bereich
Dem
aktiven Bereich
Wie
aus
Die
herausragende Region
Zwischen
der dritten Halbleiterschicht
Der
zweite Bereich umfasst die Halbleiterschichten
Auf
der herausragenden Region
Die
Deckschicht
Auf
einer der herausragenden Region
Vorzugsweise
ist die Deckschicht
Auf
der ebenen Hauptfläche
der Deckschicht
Auf
die unbedeckte Oberfläche
der Kontaktschicht
Zur
Herstellung der in
Vorzugsweise
wird der zweite Bereich bis zur p-Wellenleiterschicht entfernt,
um die herausragende Region
Nach
der Herstellung der herausragenden Region
Auf
die ebene Hauptfläche
der Deckschicht
Die
Halbleiterlaservorrichtung
Nach
der Strukturierung ist die Markierungsschicht
Die
in
Die
Halbleiterlaservorrichtung
Beispielsweise
kann sich die Deckschicht
Bei
einer Deckschicht
Die
in
Die
Halbleiterlaservorrichtung
Im
Vergleich zu einer mittels MOVPE hergestellten Deckschicht gestaltet
sich die Abscheidung der TCO enthaltenden Deckschicht
Die
in
Wie
das in
Zwischen
der Deckschicht
Im
Bereich der Seitenflanken ist zwischen der Passivierungsschicht
Der
Luftspalt
Die
in
Die
Halbleiterlaservorrichtung
Die
in
Bei
diesem Ausführungsbeispiel
ist die Strukturtiefe größer als
bei den vorausgehend beschriebenen Ausführungsbeispielen gemäß der zweiten
Variante. Der zweite Bereich ist durch die Elektronenstoppschicht
Auf
der ebenen Region
Die
Deckschicht setzt sich aus zwei verschiedenen Teilschichten
Die
Stromstoppschicht
Die
in
Die
Halbleiterlaservorrichtung
Zur
Passivierung der herausragenden Region
Auf
der unteren Teilschicht
Die
in
Die
dargestellte Halbleiterlaservorrichtung
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 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 stated in the patent claims or exemplary embodiments is.
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