具有改進的折射率導(dǎo)引的半導(dǎo)體激光器的制造方法
【專利說明】具有改進的折射率導(dǎo)引的半導(dǎo)體激光器
[0001]本發(fā)明涉及如專利權(quán)利要求1中要求保護的半導(dǎo)體激光器以及如專利權(quán)利要求13中要求保護的用于生產(chǎn)半導(dǎo)體激光器的方法。
[0002]本專利申請要求德國專利申請10 2013 204 192.6的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容被通過引用合并于此。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中已知具有所謂的脊部(ridge)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器。在這種情況下，半導(dǎo)體激光器具有主體，在該主體上形成具有減小的寬度的條帶(strip)。用于生成光輻射的有源區(qū)被布置在主體中。作為形成具有減小的寬度的條帶的結(jié)果，實現(xiàn)了沿著條帶縱向延伸的光輻射的改進的導(dǎo)引?，F(xiàn)有技術(shù)中的條帶被覆蓋有由例如氧化硅組成的且具有1.48的光折射率的鈍化層。這些折射率-導(dǎo)引的半導(dǎo)體激光器展現(xiàn)出從條帶的材料到鈍化層的材料的在光折射率上的跳變(jump)越是更大就越是更好的對光輻射的導(dǎo)引。
[0004]本發(fā)明的目的是提供一種具有更好的光束導(dǎo)引的半導(dǎo)體激光器。
[0005]借助于如專利權(quán)利要求1中要求保護的半導(dǎo)體激光器并且借助于如專利權(quán)利要求13中要求保護的方法來實現(xiàn)本發(fā)明的目的。
[0006]在從屬權(quán)利要求中指明了本發(fā)明的進一步的有益實施例。
[0007]所描述的半導(dǎo)體激光器具有如下優(yōu)點:即使在具有低折射率的用于條帶的材料的情況下，也實現(xiàn)對沿著條帶的光輻射的非常有效的導(dǎo)引。
[0008]憑借至少在界定的區(qū)段中腔體相對于條帶橫向地存在的事實來實現(xiàn)該優(yōu)點。憑借腔體來實現(xiàn)在條帶和腔體之間的在折射率上的大的差異。結(jié)果實現(xiàn)了光輻射的有效率的折射率導(dǎo)引。
[0009]可以以單個腔體的形式、以多個腔體的形式或者以腔體結(jié)構(gòu)(例如，如多孔材料)的形式來體現(xiàn)腔體。重要的是減小保護層的材料的密度，以使得在鄰接條帶的區(qū)域中存在與保護層的材料相比被減小的有效折射率。
[0010]因而，一個基本的概念由以如下的方式形成橫向地鄰接條帶的保護層所構(gòu)成:腔體存在于保護層中并且特別是鄰接條帶的所述表面。因而，通過非吸收的腔體和非吸收的介電保護層來把光輻射與高度地吸收的接觸的金屬化屏蔽開。所描述的布置對于生產(chǎn)來說是簡單并且成本有效的。特別是，所描述的布置適合于具有低光折射率的材料，諸如例如具有在2.5的范圍中的光折射率的基于氮化物的半導(dǎo)體激光器。
[0011]在進一步的實施例中，有源區(qū)被至少部分地布置于在主體之上的條帶中。在該實施例中，作為在從條帶到腔體的過渡中的在折射率上的增加的跳變的結(jié)果，鄰接條帶的腔體還提供改進的光波電流。以示例的方式，有源區(qū)的側(cè)表面的至少一部分鄰接腔體。優(yōu)選地，在每種情況下，有源區(qū)的相對側(cè)表面完全鄰接腔體。腔體和有源區(qū)的側(cè)表面之間的重疊越大，通過條帶的光輻射的光導(dǎo)引越好。
[0012]在進一步的實施例中，有源區(qū)被布置在主體中。在該實施例中，作為在折射率上的增加的跳變的結(jié)果，鄰接條帶和/或鄰接在條帶的區(qū)域中的主體的表面的腔體還提供改進的光波導(dǎo)引。因而，對于條帶而言不必要被從主體的半導(dǎo)體材料起直到靠近該有源區(qū)(特別是靠近電子勢皇(electron barrier))來進行加工。結(jié)果，特別是，抑制了特別是避免了晶體損傷的風(fēng)險以及非輻射復(fù)合中心的產(chǎn)生。因此確保了激光器的效率。
[0013]在一個實施例中，以鄰接在主體的表面與條帶的側(cè)表面之間的過渡、即鄰接角部區(qū)域的方式來布置腔體。結(jié)果，腔體被布置為非?？拷性磪^(qū)并且因此達成非常有效率的光輻射的折射率導(dǎo)引。
[0014]在進一步的實施例中，腔體在條帶的整個側(cè)長度上延伸。結(jié)果，沿著條帶的整個長度實現(xiàn)有效率的光輻射的折射率導(dǎo)引。
[0015]取決于所選取的實施例，腔體的形狀可以沿著條帶的長度變化，特別是，腔體可以僅被提供在各區(qū)段中。優(yōu)選地，腔體沿著條帶具有實質(zhì)上恒定的橫截面。
[0016]在進一步的實施例中，腔體在條帶的側(cè)表面的整個高度之上延伸。在該實施例中，保護層處在距條帶的側(cè)壁一橫向距離處。通過電接觸覆蓋在條帶的上部區(qū)域中的在側(cè)壁和保護層之間的間隙。在其中腔體被形成在側(cè)表面的整個高度之上的情況下，實現(xiàn)改進的光輻射的導(dǎo)引。此外，通過電接觸可靠地封閉腔體。因此確保條帶的半導(dǎo)體材料的穩(wěn)定性。
[0017]在進一步的實施例中，在條帶的側(cè)表面和主體的表面之間的角部區(qū)域中，將切口引入到主體的表面中，所述切口形成腔體的至少一部分。切口至少在沿著條帶的各區(qū)段中延伸。作為形成切口的結(jié)果，腔體被布置得甚至更靠近有源區(qū)和電子勢皇(electronbarrier)。因此實現(xiàn)折射率導(dǎo)引上的進一步的改進。
[0018]取決于所選取的實施例，切口可以具有例如2至lOOnm的深度。此外，可以例如借助于蝕刻方法，特別是干法蝕刻方法來產(chǎn)生切口。所描述的參數(shù)確保切口的產(chǎn)生是簡單的并且在沒有過多地損害激光器的半導(dǎo)體層的晶體結(jié)構(gòu)的情況下實現(xiàn)改進的光輻射折射率導(dǎo)引。
[0019]在進一步的實施例中，腔體具有在條帶的側(cè)表面的高度的5%和100%之間的高度。即使在該范圍中，也獲得對光輻射的導(dǎo)引的積極影響。
[0020]在進一步的實施例中，如垂直于條帶的側(cè)表面查看的那樣，腔體具有例如在2nm和500nm之間范圍內(nèi)(優(yōu)選為300nm)的寬度。即使在這些寬度的情況下，也實現(xiàn)改進的光輻射的折射率導(dǎo)引。然而，特別是越是使腔體更寬并且更高，通過腔體的折射率導(dǎo)引就越是更好。
[0021]半導(dǎo)體激光器在條帶的兩側(cè)上均具有腔體，例如所述腔體被實質(zhì)上相同地體現(xiàn)。
[0022]所描述的方法提供如下優(yōu)點:可以簡單地并且成本有效地執(zhí)行腔體的形成。在一個實施例中，作為使用由其熱膨脹系數(shù)不同(特別是相差2至20倍)的材料組成的犧牲層和保護層的結(jié)果，借助于熱烘焙處理而可信任地并且可靠地生產(chǎn)腔體。
[0023]在進一步的實施例中，條帶的側(cè)表面被提供有犧牲層，其中將電絕緣保護層應(yīng)用于犧牲層，其中犧牲層隨后被移除，并且其中將導(dǎo)電層應(yīng)用于條帶。作為結(jié)果提供了一種進一步的方法，通過該方法能夠簡單且可靠地生產(chǎn)腔體。
[0024]在進一步的實施例中，在側(cè)表面和保護層之間和/或在主體的表面和保護層之間，至少在各區(qū)段中(特別是在側(cè)面(facet)的區(qū)域中)提供一中間層，其中以如下這樣的方式形成中間層:當(dāng)側(cè)面區(qū)域中的側(cè)面裂開時，中間層并且因此保護層被至少部分地從側(cè)表面和/或從主體的表面分開，作為其結(jié)果而形成腔體。因此可以使腔體的生產(chǎn)簡化。
[0025]結(jié)合下面對示例實施例的描述，本發(fā)明的上面描述的特性、特征和優(yōu)點并且還有實現(xiàn)它們的方式將與以下的示例性實施例的描述相關(guān)聯(lián)而變得更清楚并且被更清楚地理解，示例性實施例被與附圖相關(guān)聯(lián)地更詳細地解釋，在附圖中:
[0026]圖1示出了該半導(dǎo)體激光器的第一實施例的示意性圖解；
[0027]圖2示出了通過半導(dǎo)體激光器的第二實施例的示意性的截面圖；
[0028]圖3示出了通過半導(dǎo)體激光器的第三實施例的示意性的截面圖；
[0029]圖4示出了通過半導(dǎo)體激光器的第四實施例的示意性的截面圖；
[0030]圖5至圖9示出了用于生產(chǎn)半導(dǎo)體激光器的第一方法的方法步驟；
[0031]圖10至圖17示出了用于生產(chǎn)半導(dǎo)體激光器的進一步的方法的方法步驟；
[0032]圖18示出了通過半導(dǎo)體激光器的進一步的實施例的示意性的截面圖；
[0033]圖19示出了通過半導(dǎo)體激光器的進一步的實施例的示意性的截面圖；并且
[0034]圖20示出了半導(dǎo)體激光器的進一步的實施例的示意性圖解。
[0035]本發(fā)明可應(yīng)用于半導(dǎo)體激光器，特別是可應(yīng)用于基于氮化物的激光器，激光器可以例如被使用在具有1000至10000001m的光功率的投影系統(tǒng)中。對于高的光功率而言要求高效率的、折射率導(dǎo)引激光二極管、特別是In-GaN激光二極管。憑借在條帶(脊部)區(qū)域中在條帶和周圍層(特別是保護層)之間存在光折射率的大的跳變的事實而實現(xiàn)折射率導(dǎo)引。保護層構(gòu)成鈍化并且由光學(xué)上低折射率的電介質(zhì)生產(chǎn)，并且被布置在條帶的兩側(cè)上。取決于所選取的實施例，本發(fā)明還可以被使用在諸如例如砷化鎵激光二極管的其它材料的情況中。然而，在基于氮化物的激光二極管的情況下，由于基于氮化物的激光二極管的折射率僅在2.5的范圍中，因此腔體的使用特別重要。因而，對于作為盡可能有效率的折射率導(dǎo)引而言，特別有利的是腔體鄰接條帶?，F(xiàn)有技術(shù)中一般作為鈍化層(即保護層)使用的電介質(zhì)層由具有大約1.48的光折射率的氧化硅(Si02)組成、由具有大約1.7的折射率的氧化鋁(A1203)組成以及由具有大約2.05的折射率的氮化硅(Si3N4)組成。目前，并非是吸收光的并且具有比氧化硅更低的折射率的更好的保護觀點是不可獲得的。因而，鄰接條帶的所述表面并且關(guān)于激光器的主體在角部區(qū)域中形成腔體構(gòu)成了沿著條帶