半導體雷射二極體的製作方法

2023-05-27 13:06:21 2

半導體雷射二極體的製作方法
【專利摘要】說明一種半導體雷射二極體，具有以下特徵：－襯底（1），－在襯底（1）上帶有至少一個被設立用於生成雷射光線（30）的有源層（3）的半導體層序列（2），所述雷射光線（30）在運行中沿著輻射方向（50）被輻射，和－至少一個濾波層（9），所述濾波層具有主延伸平面，該主延伸平面平行於有源層（3）的主延伸平面並且被設立用於散射和/或吸收除了雷射光線（30）以外也在半導體層序列（2）和/或襯底（1）中傳播的光。
【專利說明】半導體雷射二極體
【技術領域】
[0001]說明一種半導體雷射二極體。
[0002]本專利申請要求德國專利申請102012109175.7的優先權，其公開內容通過回引
結合於此。
【背景技術】
[0003]在其載體襯底或者生長襯底對於所生成的輻射至少部分透明的邊緣發射的雷射二極體中——這例如對於GaN襯底上的發射藍光或綠光的InGaN雷射二極體是這種情況，在襯底中可以傳播雷射模的散射光以及自發發射的光。如果所述光從輸出耦合面出射一這可以稱為襯底照明，則所輻射的雷射輻射的輻射質量減小，因為所述輻射不再從輸出耦合面處的唯一一個點狀的區域出射並且因此幹擾雷射的理想的高斯輻射特性。尤其是在具有所謂飛點技術的雷射投影儀中採用這樣的雷射二極體時，通過來自襯底的幹擾性的發射——例如通過所投影圖像周圍的幹擾性的明亮的以及不清晰的圖像邊緣——得出所投影圖像中的不期望的成像錯誤。
[0004]為了減少襯底照明，可以將雷射二極體例如安裝在熱沉或殼體上，使得輸出耦合面相對於熱沉的前邊緣向後錯開。由此通過熱沉的布置在輸出耦合面之前的部分遮蔽從輸出耦合面輻射的光的一部分。但是襯底照明由此只能減少到很小的部分，因為該部分從整個襯底被發射。此外由此也不期望地減少了雷射功率、也就是期望輻射的雷射光線的功率。

【發明內容】

[0005]特定實施方式的至少一個任務是說明一種半導體雷射二極體。
[0006]該任務通過根據獨立權利要求的主題來解決。該主題的有利實施方式和擴展方案在從屬權利要求中表明並且此外從以下說明書和附圖中得知。
[0007]根據至少一個實施方式，半導體雷射二極體具有襯底，在該襯底上施加具有至少一個被設立用於生成雷射光線的有源層的半導體層序列。所述雷射光線沿著輻射方向從半導體層序列輻射。雷射光線尤其是可以對應於一個期望的雷射模或者多個期望的雷射模，所述一個或多個期望的雷射模在有源層中生成。
[0008]此外，所述半導體雷射二極體具有濾波層，該濾波層具有主延伸方向，該主延伸方向與有源層的主延伸方向平行並且被設立用於散射和/或吸收除了雷射光線以外也在半導體層序列和/或襯底中傳播的光。
[0009]為了製造半導體雷射二極體，具有至少一個有源層的半導體層序列可以在生長襯底上外延生長。所述生長襯底可以優選是至少部分透明的、對於在有源層中在半導體雷射二極體運行時所生成的光至少部分可透過的襯底。生長襯底優選通過GaN襯底或者通過藍寶石襯底來構成。外延生長例如可以藉助於金屬有機的氣相外延(MOVPE)或者分子輻射外延(MBE)來進行。
[0010]所述半導體層序列優選基於II1-V族化合物半導體材料。所述半導體材料例如是如AlxIn1 — x — yGayN的氮化物半導體材料或者是如AlxIn1 — x — yGayP的磷化物半導體材料或者是如AlxIn1-x — yGayAs的砷化物半導體材料，其中分別有O < x < 1，0 < y < I以及x+y^ 10所述半導體層序列在此可以具有摻雜物以及附加的成份。但是出於簡單的原因僅僅說明半導體層序列的晶格的主要成份，也就是Al、As、Ga、In、N或者P，即使這些成份可以部分地由少量另外的物質代替和/或補充。
[0011]所述半導體層序列包含至少一個有源層，所述有源層被設立用於生成電磁輻射，也就是尤其是紫外至紅外波長範圍中的雷射光線。所述有源層尤其是包含至少一個PU結或者優選地一個或多個量子阱結構。由有源層在運行中生成的雷射光線尤其是處於在含380nm與550nm之間的光譜範圍中或者在含420nm與540nm之間的光譜範圍中。
[0012]此外還有可能的是，生長襯底被與該生長襯底不同的載體襯底代替。半導體層序列為此在於生長襯底上生長之後被優選以晶片複合物的形式轉移到載體襯底上。下面可以根據半導體雷射二極體的製造方式用「襯底」來表示生長襯底或載體襯底。
[0013]此外在半導體層序列和襯底處構造正面。正面的形成例如在半導體層序列的外延生長到生長襯底上之後進行。所述正面尤其是通過如下方式生成，即例如藉助於分裂來分離在其上施加半導體層序列的生長襯底。同樣可能的是，所述正面通過刻蝕生成。於是可以在襯底處和/或在半導體層序列處構成突出部。此外還可以在半導體層序列和襯底的與正面相對的側處構成背面，其中為此可以使用如用於製造正面的方法。
[0014]所述半導體雷射二極體尤其可以是邊緣發射的雷射器，例如所謂的條狀雷射器、橋接波導雷射器、梯形雷射器或者它們的組合。所述正面以及還有背面在這樣的半導體雷射二極體中由半導體層序列和襯底的側面構成，所述側面優選垂直於半導體層序列的半導體層的延伸方向布置。所述有源層例如可以具有由該有源層的一部分構成並且在其中生成雷射光線的有源區域。因此根據半導體雷射二極體的構造，所述半導體層序列可以具有包括整個有源層或者僅僅包括有源層的一部分的有源區域。此外，半導體雷射二極體可以實施為雷射柵，所述雷射柵具有在有源層中側向並排的、也就是在與有源層的主延伸方向平行的方向上的有源區域，雷射光線可以在運行中分別通過所述有源區域輻射。
[0015]所述正面被設立為主輻射面，該主輻射面具有用於在完成的半導體雷射二極體中生成的雷射光線的光輻射區域。這例如可以表示，作為半導體雷射二極體的唯一側的正面被設立用於輻射在運行時在半導體層序列的有源區域中所生成的光。正面的光輻射區域尤其是表示正面的如下區域，在半導體雷射二極體運行時在有源區域中產生的期望的雷射光線被有意地通過所述區域輻射，也就是例如在其中雷射光線的基本模到達正面的區域。所述光輻射區域尤其是由半導體層序列的子區域和/或通過襯底的靠近半導體層序列的子區域構成，並且因此位於正面的以下區域中或者正面的以下區域附近，有源層的有源區域也位於正面的所述區域中。在正面上以及在背面上可以分別施加一個或多個鈍化層和/或正面鏡面化部或者抗反射部形式的光學塗層。
[0016]所述至少一個濾波層尤其是可以有針對性地嵌入在半導體雷射二極體中，以便儘可能少地或者根本不影響可對應於所輻射的雷射光線的雷射基本模，而可以具有幹擾性的散射光和/或在有源層中自發地生成的光的所謂的襯底模在濾波層處被衰減和/或被漫散射，由此所述光的僅僅一小部分可以離開半導體雷射二極體或者所述光的整個部分都不能離開該半導體雷射二極體。由此可以顯著改善輻射質量。濾波層可以優選地在對應於半導體層序列的生長方向的垂直方向上布置在光輻射區域上方和/或下方。
[0017]根據另一實施方式，所述濾波層在襯底的與半導體層序列相對的側上具有粗糙部，所述襯底的與半導體層序列相對的側也可以稱為襯底底側。在現有技術中通常光滑的並且常常還經過拋光的或者例如通過金屬化部以鏡面構造的襯底底側處可以進行尤其是在襯底中傳播的散射光的反射，而粗糙化的襯底底側引起漫反射並且此外還可以造成散射光的部分吸收。因此可以通過襯底的與半導體層序列相對的底側的粗糙部消除襯底模的幹擾性反射並且因此減少遠場中的幹擾性結構，如發明人在對應嘗試中可能展示的。此外可以在所述粗糙部上施加電極層以用於電接觸半導體層序列。
[0018]所述粗糙部可以優選具有大於或等於Inm或者大於或等於IOOnm或者大於或等於500nm的平均粗糙度R,。該平均粗糙度Rq在此和在下面表示均方粗糙度。此外，所述粗糙部的平均粗糙度Rq可以具有小於或等於30 μ m或者小於或等於20 μ m或者小於或等於10 μ m的值。襯底底側的粗糙部尤其是可以具有大於或等於Inm並且小於或等於30 μ m、優選大於或等於IOOnm並且小於或等於20 μ m、以及特別優選大於或等於500nm並且小於或等於10 μ m的平均粗糙度R,。當所述平均粗糙度Rq處於由有源層所生成的光在半導體層序列和/或襯底的材料中的光學波長的範圍中時，所述粗糙部是特別有效的。
[0019]根據另一實施方式，所述濾波層由粗糙部構成。換言之，至少一個濾波層在該情況下由襯底底側的粗糙部構成。
[0020]根據另一實施方式，所述半導體層序列具有在襯底的與半導體層序列相對的側上的粗糙部以及在該粗糙部上的吸收層作為至少一個濾波層。下面根據另外的實施方式描述的吸收層的材料尤其是可以通過物理或化學沉積方法施加在襯底底側上的粗糙部上，例如通過蒸鍍、噴濺、化學氣相沉積、離子電鍍和/或原子層沉積。此外，也可以通過電極層構成粗糙部上的吸收層，所述電極層施加在襯底的背向半導體層序列的底側上並且用於電接觸半導體層序列。在這種情況下，所述電極層被構造為至少一個濾波層的一部分並且具有另外的在下面描述的吸收性材料。
[0021]根據另一實施方式，所述至少一個濾波層具有至少一個吸收層。與前面的實施方式相比，所述至少一個濾波層還可以僅具有至少一個或多個吸收層，而不具有襯底底側的粗糙部。通過所述至少一個吸收層的吸收材料，例如可以對TM極化的相干的散射光進行至少部分的吸收。
[0022]所述至少一個濾波層尤其是可以具有整面地布置的吸收層。這尤其是可以表示，所述至少一個吸收層大面積地並且沒有開口地從正面突出到背面以及突出到半導體雷射二極體的所有側面。如果這樣的大面積的吸收層布置在用於接觸半導體層序列的電極層與有源層之間，則所述吸收層具有導電材料，以便使得有源層與電極層之間的電流能夠穿過吸收層。
[0023]根據另一實施方式，吸收層布置在襯底的與半導體層序列相對的側上、也就是布置在襯底底側上。所述吸收層在該情況下例如可以位於襯底與用於電接觸半導體層序列的電極層之間。替換於此地，所述電極層也可以由吸收層構成。此外，所述至少一個吸收層也可以位於襯底內。此外還有可能的是，所述至少一個吸收層施加在襯底的面向半導體層序列的側上，也就是施加在襯底與半導體層序列之間。
[0024]根據另一實施方式，所述襯底構造為至少一個吸收層。由此可能的是，可以在襯底中抑制散射輻射或者其他有利於襯底模的輻射的每次傳播。
[0025]根據另一實施方式，所述至少一個吸收層布置在半導體層序列中。所述吸收層例如可以布置在襯底與半導體層序列中的有源層之間。在這種情況下可以特別有利的是，所述吸收層布置在半導體層序列的覆蓋層與襯底之間。半導體層序列的常見的生長順序尤其可以是η摻雜的覆蓋層。此外還有可能的是，至少一個吸收層布置在半導體層序列中的有源層的與襯底相對的側上。至少一個吸收層例如可以布置在半導體層序列的與襯底相對的側上。在該情況下還有可能的是，至少一個吸收層同時構造為用於接觸半導體層序列的電極層。
[0026]根據另一實施方式，所述至少一個吸收層是經結構化的。這尤其是可以表示，所述至少一個吸收層沿著濾波層的主延伸平面具有彼此分開的子區域。所述至少一個吸收層例如可以在沿著輻射方向的方向上經結構化並且因此沿著輻射方向具有至少兩個或者更多個彼此分開的子區域。此外還有可能的是，所述至少一個吸收層在垂直於輻射方向的方向上經結構化並且因此在與輻射方向垂直的方向上具有至少兩個或者更多個彼此分開的子區域。除此以外還有可能的是，經結構化的吸收層僅具有一個連續的區域，但是該區域與半導體雷射二極體的正面、背面和/或側面間隔開。當至少一個吸收層的材料是電絕緣的或者僅僅較差地導電並且至少一個吸收層位於電極層與半導體層序列之間時，所述至少一個吸收層的經結構化的實施方式可以尤其是有利的。但是所述吸收層的經結構化的構造在吸收材料導電時也是可能的。
[0027]根據另一實施方式，存在至少兩個分別在子區域中經結構化的吸收層並且所述子區域彼此錯開地布置。換言之這表示，在兩個不同的平面中存在兩個吸收層，這兩個吸收層分別被結構化為至少一個或多個區域並且在沿著垂直方向將其中一個吸收層投影到另一個吸收層上時這些區域不重疊(至少不完全重疊)。
[0028]根據另一實施方式，所述濾波層具有至少兩個或者更多個吸收層，所述吸收層可以全部大面積地和未經結構化地、全部經結構化地、或者部分大面積地和未經結構化地、以及經結構化地構造。所述兩個或者更多個吸收層可以在此對應於前述實施方式地布置在襯底中、襯底上、半導體層序列內和/或半導體層序列上。至少兩個吸收層尤其是可以在垂直方向上、也就是在沿著半導體層序列的生長方向的方向上相疊布置。除此之外可以存在至少兩個或者更多個吸收層，它們具有不同的吸收係數、不同的折射率和/或不同的電導率。
[0029]根據另一實施方式，所述至少兩個吸收層被相同地構造。兩個相同構造的吸收層例如可以位於襯底中或襯底上。
[0030]根據另一實施方式，所述至少兩個吸收層被不同地構造。由此可能的是，將不同吸收層或吸收材料的相應優點彼此組合。
[0031]根據另一實施方式，至少一個吸收層布置在襯底模的最大值處。因為吸收層的效率決定性地取決於其厚度以及其在半導體雷射二極體中和在由半導體層序列和襯底構成的波導中的位置，因此當吸收層被設置到儘可能多的不期望的雷射模的強度最大值和/或散射光的強度最大值時吸收層對襯底模的作用最高。最優位置以及最優厚度可以藉助於測量和/或仿真來確定。半導體雷射二極體中的襯底模的強度最大值尤其是可以位於折射率的跳變的附近，這例如可以在從襯底到布置在襯底底側上的電極層的過渡處或者在從半導體層序列到布置在半導體層序列上的電極層的過渡處是這種情況，因為在那裡大多數模不具有振蕩波節。
[0032]至少一個吸收層的吸收係數和折射率的大小以及厚度具有對至少一個吸收層的效果的決定性影響，例如藉助於仿真可以示出的那樣。為了將襯底模的強度保持得儘可能小，至少一個吸收層應當實現儘可能高的幹擾輻射衰減。尤其可以有利的是，至少一個吸收層具有大於或等於100cm —1或者大於或等於500cm —1或者大於或等於1000cm —1的吸收係數。至少一個吸收層的吸收係數尤其是也可以小於或等於50000cm —1或者小於或等於10000cm—1O吸收層的吸收係數尤其是可以大於或等於500cm — 1並且小於或等於δΟΟΟΟα 1以及特別優選地大於或等於1000cm —1並且小於或等於10000cm — 1。至少一個吸收層的厚度可以大於或等於Inm或者大於或等於IOnm或者大於或等於IOOnm以及小於或等於200 μ m或者小於或等於10 μ m或者小於或等於2 μ m。所述吸收層尤其是可以具有大於或等於Inm並且小於或等於200 μ m、優選大於或等於IOnm並且小於或等於10 μ m以及特別優選地大於或等於IOOnm並且小於或等於2μπι的厚度。此外特別有利的是，至少一個吸收層的折射率大於襯底的折射率。至少一個吸收層的折射率尤其是大於或等於襯底折射率的70%，優選大於或等於襯底折射率的80%，並且特別優選大於或等於襯底折射率的90%。因此至少一個吸收層的折射率應當大於襯底折射率的70%，優選大於80%並且特別優選地大於90%。
[0033]作為至少一個吸收層的材料例如考慮諸如鈦、鉬、鎳、鈀、鉻、鋁、金、銀、銅、鈮、TiffN以及它們的組合的金屬。此外，比在有源層中所生成的光的能量具有更小帶隙的半導體材料是合適的，例如娃、鍺、AIJnyGahiN'AIJnyGah-yAs'AIJnyGah-yP (其中x、y分別大於或等於O並且小於或等於I)、銦錫氧化物、ZrO, ZnO, ZnSe, CdTe以及它們的組合。為了調整吸收特性，所述半導體材料也可以是摻雜的。
[0034]根據另一實施方式，所述至少一個吸收層以非晶層或多晶層的形式藉助於物理或者化學沉積方法被施加到襯底的表面或半導體層序列的表面上。所述至少一個吸收層尤其是可以具有通過蒸鍍、噴濺、化學氣相沉積、離子電鍍和/或原子層沉積所施加的材料，所述材料選自 AlInGaN, S1、Ge、銦錫氧化物、N1、Cr、T1、Nb、Pd、Pt、Au、Ag、Cu、Al、ZnO、TiffN0
[0035]根據另一實施方式，所述至少一個吸收層可以外延地在襯底與半導體層序列之間沉積或者作為半導體層序列的層沉積。所述至少一個吸收層尤其是可以外延地生長，具有選自 AlInGaN、AlInGaAs、AlInGaP、S1、Ge、ZrO, ZnO、ZnSe、CdTe 的一種或多種材料。
[0036]根據另一實施方式，為了構造所述至少一個吸收層，通過植入或擴散嵌入一種或多種材料。諸如氮、磷、氧、鎂、矽、鍺、硼、氫或者它們的組合的材料例如可以適合於此。所述的材料可以嵌入到襯底和/或半導體層序列中。
[0037]根據另一實施方式，所述半導體雷射二極體具有至少兩個濾波層。濾波層中的每一個可以根據前述實施方式中的一種或多種來構造。相同構造的濾波層例如可以布置在半導體雷射二極體中的不同位置處或者可以存在不同的濾波層。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]其他優點、有利實施方式和擴展方案從以下結合附圖描述的實施例中得出。
[0039]圖1A和IB示出根據一個實施例用於生成雷射光線的半導體雷射二極體的示意圖，
圖2示出根據另一實施例的半導體雷射二極體的示意圖， 圖3示出根據另一實施例的半導體雷射二極體的示意圖，
圖4至7示出根據另外的實施例的半導體雷射二極體的示意圖，
圖8至9C示出根據另外的實施例的半導體雷射二極體的示意圖，
圖10至15示出根據另外的實施例的半導體雷射二極體的示意圖，以及 圖16至18示出根據另外的實施例對吸收層的參數的仿真。
[0040]在實施例和附圖中，相同的、相同類型的或者起相同作用的元件可以分別配備相同的附圖標記。所示出的元件及其彼此之間的大小關係不應視作是比例正確的，更確切地說各個元件一例如層、構件、器件和區域一可以為了更好的可顯示性和/或為了更好的理解而被誇大地示出。
【具體實施方式】
[0041]在圖1A和IB中示出用於生成雷射光線的半導體雷射二極體100，其中圖1A示出垂直於雷射光線30的輻射方向50的正面5的俯視，並且圖1B示出半導體雷射二極體100的垂直於正面5的截面圖。
[0042]半導體雷射二極體100具有襯底1，該襯底優選是用於在其上外延生長的半導體層序列2的生長襯底，例如GaN或藍寶石。替換於此地，襯底I也可以是載體襯底，在生長襯底上生長的半導體層序列2在生長之後被轉移到該載體襯底上。
[0043]特別優選地，半導體雷射二極體100的襯底I可以由GaN構成，在該GaN上生長包含AlInGaN化合物半導體材料的半導體層序列2。
[0044]半導體層序列2具有有源層3，該有源層3適合在運行時生成雷射光線30。如果半導體層序列2如之前描述的那樣在襯底I上生長，則從有源層2來看半導體層序列2的面向襯底I的側通常是η摻雜的，而半導體層序列2的背向襯底I的側是P摻雜的。除了有源層3之外的半導體層序列2的各個層，諸如覆蓋層、波導層、半導體接觸層、阻擋層、電流擴大層和/或電流限制層，為了圖示的簡化而沒有示出。
[0045]在半導體層序列2的背向襯底I的側處施加電極層41，該電極層41被設置用於電接觸半導體層序列2的上側。半導體雷射二極體100具有另外的電極層42用於在襯底I的背向半導體層序列2的側上接觸半導體層序列2的下側，襯底I的背向半導體層序列2的側在下面也稱為襯底下側。作為半導體層序列2的背向襯底I的側的稱呼「上側」以及作為襯底I的背向半導體層序列2的側的稱呼「下側」在不管半導體雷射二極體100的取向的情況下使用，半導體雷射二極體100能以所述取向安裝在載體上。電極層41或者電極層42可以同時作為安裝面用於半導體雷射二極體100在例如熱沉和/或殼體的載體上的安裝，使得半導體雷射二極體100可以換言之以上側或者以下側安裝在載體上。
[0046]如果替代於導電襯底使用例如藍寶石的電絕緣襯底，則另外的電極層42也可以布置在襯底的面向半導體層序列2的側上，例如布置在半導體層序列2中的凹陷中，所述凹陷從半導體層序列2的上側穿過有源層3 —直到達從有源層3來看半導體層序列2的面向襯底的側。
[0047]在半導體層序列2生長之後，在襯底I和半導體層序列2處構造正面5和背面8。通過箭頭30表明的在半導體雷射二極體100運行時生成的雷射光線在正面5的光輻射區域6中出射並且沿著輻射方向50輻射。所述光輻射區域6包括正面5處的、優選對應於在半導體層序列2中生成的期望雷射模的出射面的區域，所述期望雷射模例如可以由基本模構成。在正面5上可以至少在光輻射區域6中施加鈍化部(未示出)和/或光學塗層(未示出)，所述鈍化部和/或光學塗層構造為部分鏡面化部或者抗反射塗層並且從半導體層序列2中輸出耦合在有源層3中生成的雷射光線30的期望部分以進行輻射。光輻射區域6尤其是與生長襯底I和半導體層序列2的背面8處的以下區域相對，在該區域上施加了共振反射鏡形式的光學塗層(未示出)。此外在背面8上還可以施加鈍化部(未示出)。
[0048]所示出的半導體雷射二極體100是邊緣發射的半導體雷射二極體，其可以構造為條狀雷射器、梯形雷射器、橋接波導雷射器或者它們的組合。半導體雷射二極體100此外還可以構造為雷射柵。
[0049]由於自發發射、散射輻射和/或由於雷射模的電場與襯底I疊加，雷射光線30的實際的、所期望的雷射模之外的光可以進入生長襯底I。這種光也稱為襯底模並且在圖1B中通過具有附圖標記31的箭頭表明。如果雷射光線30是藍色或者綠色的光，則如之前所述那樣尤其是採用GaN作為襯底1，所述GaN對於雷射光線30來說是至少部分透明的。由此可能的是，襯底模31的光在襯底I中可以基本上無阻擋地傳播。所述光可以在其到達正面5時經由旁輻射區域7輻射並且通常部分平行於雷射光線30並且部分垂直於雷射光線30、也就是主光線射線地被極化。在此，襯底模31所輻射的方向通常偏離雷射光線30的輻射方向50。
[0050]旁輻射區域7與光輻射區域6相比可以具有正面5上的比較大的面積份額。換言之，襯底I本身可以顯現為發光的，並且通過光輻射區域6所輻射的實際的期望的雷射輻射30的輻射質量可能由此變差。
[0051]如果半導體雷射二極體100如其在圖1A和IB中所示的那樣在沒有用於抑制襯底模31的輻射的措施的情況下被採用，則所輻射的光的近場具有附加的幹擾性結構，該幹擾性結構例如在投影應用時導致圖像錯誤。例如為了圖像投影在飛點應用的範圍中通過移動的微反射鏡構建要生成的圖像。對於最優的成像來說，由半導體雷射二極體100所輻射的光必須被聚焦到儘可能小的點上並且因此在近場中具有高斯輻射特性形式的幾乎點狀的形狀。與高斯輻射特性的偏差越大，所輻射的光的可聚焦性就越差，由此可能出現圖像錯誤，例如在均勻照射的情況下以明亮的圖像邊緣的形式，因為近場中的幹擾性結構在遠場中導致同樣幹擾性的附加結構。
[0052]如果半導體雷射二極體100以襯底底側被焊接到熱沉上，則該底側通過拋光和/或如在圖1A和IB中所示的那樣通過電極層42形式的金屬化部被構造為反射的，由此近場結構的另外的幹擾性反射在遠場中出現。襯底模31因此例如在沒有合適的應對措施的投影應用時導致圖像錯誤。
[0053]在圖2至15中示出如下半導體雷射二極體的實施例，所述半導體雷射二極體在其結構方面對應於圖1A和IB的半導體雷射二極體100並且具有至少一個用於抑制襯底模31的濾波層9。所述濾波層9因此被設立用於散射和/或吸收除了所期望的雷射光線30以外也在半導體層序列2和/或襯底I中傳播的光。濾波層9分別具有主延伸平面，所述主延伸平面平行於有源層3的主延伸平面。
[0054]但是下面的實施例不固定於半導體雷射二極體100的在圖1A和IB中所示的結構。[0055]下面的實施例中的濾波層9具有粗糙部10和/或吸收層11、11』，它們有針對性地嵌入到所示出的半導體雷射二極體101至114中的不同位置處。
[0056]濾波層9的布置尤其是在η接觸部的區域中、也就是在電極層42的區域中、在襯底I上、在襯底I中、在半導體層序列2中以及在P接觸部的區域中、也就是在電極層41的區域中進行。尤其是也可以嵌入多個濾波層、尤其是多個吸收層11、11』形式的濾波層。
[0057]除了下面所示的濾波層9的相應位置、幾何形狀和結構之外，在濾波層9具有一個或多個吸收層11、11』的情況下，效果尤其是還可以強烈地取決於吸收層的材料和形態。
[0058]作為下面所示的吸收層11、11』的材料例如可以考慮諸如鈦、鉬、鎳、鈀、鉻、鋁、金、銀、銅、銀、TiWN的金屬以及它們的組合。此外，比在有源層中生成的光的能量具有更小帶隙的半導體材料是合適的，例如矽、鍺、AlJrvGamNaiJrvGamAsaiJrvGauP (其中X、I分別在O和I之間)、銦錫氧化物、ZrO, ZnO、ZnSe, CdTe以及它們的組合。為了調整吸收特性，半導體材料也可以是摻雜的。
[0059]吸收層11、11』例如也可以以非晶層或者多晶層的形式藉助於物理或者化學沉積方法施加到襯底I的表面或者半導體層序列2的表面上，例如通過蒸鍍、噴濺、化學氣相沉積、離子電鍍和/或原子層沉積。特別優選地，吸收層11、11』在這樣的情況下具有選自AlInGaN、S1、Ge、銦錫氧化物、N1、Cr、T1、Nb、Pd、Pt、Au、Ag、Cu、Al、ZnO、TiffN 的一種或多種材料。
[0060]此外，吸收層11、11』也可以外延的在襯底I和半導體層序列2之間沉積或者作為半導體層序列2的層沉積。這尤其是可以通過選自AlInGaN、AlInGaAs, AlInGaP, S1、Ge、ZrO、ZnO、ZnSe, CdTe的一種或多種材料的外延沉積來進行。
[0061 ] 此外，為了構造吸收層11、11』可以通過植入或者擴散將材料嵌入到襯底I和/或半導體層序列2中。諸如氮、磷、氧、鎂、矽、鍺、硼、氫或者它們的組合的材料例如可以適合於此。
[0062]如在圖16至18中所示出的那樣，吸收層11、11』的效果也取決於吸收係數k、厚度d和折射率η。
[0063]在圖16中示出對襯底模強度S (以任意單位)與半導體雷射二極體的η摻雜側上的吸收層的吸收係數k (以cm—1為單位)的關係的仿真，所述吸收層具有500nm的厚度d和2.4的折射率η。從該仿真中可以容易地看出，吸收層的吸收係數k應當為至少IOOcm一1O優選地，吸收層11、11』的吸收係數處於500cm —1與50000cm—1之間並且特別優選地出於 IOOOcm 1 與 10000cm 1 之間。
[0064]在圖17中示出對襯底模強度(以任意單位)與半導體雷射二極體的η摻雜側上的吸收層11、11』的厚度d (以nm為單位)的關係的仿真，所述吸收層具有5000cm—1的吸收係數k和2.4的折射率η。從該仿真可以導出，吸收層11、11』的厚度d應當位於Inm與200μπι之間，優選在IOnm與10 μ m之間並且特別優選在IOOnm與2μπι之間。
[0065]在圖18中示出對襯底模強度S (以任意單位)與半導體雷射二極體的η摻雜側上的吸收層11、11』的折射率η的關係的仿真，所述吸收層具有5000cm — 1的吸收係數k和500nm的厚度d。在考慮到在半導體雷射二極體中所使用的襯底的常見折射率的情況下，從中可以得出吸收層11、11』的折射率應當大於襯底的折射率，優選所述吸收層的折射率至少大於襯底折射率的70%、特別優選地大於80%或者甚至大於90%。[0066]在下面的實施例中所述的吸收層11、11』可以對應於前述實施方式來實施。
[0067]如果在所示實施例中存在多個吸收層11、11』，則這些吸收層可以相同地或者不同地構造。所述吸收層11、11』尤其是可以不同地構造，以便實現不同的吸收係數、折射率、傳導性和/或結構化的組合。
[0068]在圖2中示出根據一個實施例的半導體雷射二極體101，該半導體雷射二極體101在與半導體層序列2相對的襯底I側上、也就是在襯底底側上具有粗糙部10作為濾波層9。通過這樣的粗糙部10作為濾波層，可以例如在電極層42處阻止散射光的鏡面反射，因為通過該粗糙部僅能實現散射光的漫反射以及部分吸收。因此在半導體層序列2的上面所述的常見的生長順序中，通過電極層42構成的η接觸部可以是粗糙的。
[0069]粗糙部10在此可以具有表示均方粗糙度的平均粗糙度R,，其大於或等於Inm並且小於或等於30 μ m,優選大於或等於IOOnm並且小於或等於20 μ m,以及特別優選地大於或等於500nm並且小於或等於10 μ m，其中當平均粗糙度值位於在有源層3中所生成的光在襯底材料和/或半導體層序列2的材料中的光學波長範圍中時，粗糙部10的效率是特別大的。
[0070]附加於此還可能的是，電極層42具有吸收材料並且因此可以構造為濾波層9的吸收層。
[0071]在圖3中示出根據另一個實施例的半導體雷射二極體102，其中濾波層9具有粗糙部10以及該粗糙部上的吸收層11。該吸收層11在此情況下有針對性地鑑於其吸收特性來被選擇，而電連接可以通過施加在該吸收層11上的電極層42來進行。
[0072]在圖2和3中所示的實施例中，尤其是可以設置鈦或鋁作為吸收層的材料。替換於此地也可以選擇上述其他材料作為至少一個吸收層的材料。
[0073]在圖4中示出根據另一實施例的半導體雷射二極體103，該半導體雷射二極體具有濾波層9，該濾波層9由襯底底側上的、也就是襯底I的背向半導體層序列2的側上的吸收層11構成。例如，該吸收層可以由銦錫氧化物層和/或ZnO層構成。替換地，吸收層11的上述其他材料也是可能的。電極層42可以被施加在濾波層9上。替換於此地，也可以由濾波層9來構成電極層42。
[0074]此外，濾波層9也可以具有由其他材料構成的另外的吸收層11』。例如由此可以由銦錫氧化物層和ZnO層的組合作為吸收層11、11』。
[0075]替代於襯底I的底側處的布置，另外的吸收層11也可以以另外的濾波層9的形式位於襯底I內。
[0076]還有可能的是，例如通過將上述材料中的一種或多種植入到襯底I中來生成吸收層11、11』中的至少一個。
[0077]特別有利的是將濾波層9布置在襯底模的最大值處，所述襯底模的最大值由於襯底I和電極層42之間的折射率跳變而位於電極層42附近，因為大多數模在這樣的折射率跳變處具有振蕩波節。
[0078]在圖5中示出根據另一實施例的半導體雷射二極體104，該半導體雷射二極體104具有濾波層9，該濾波層在襯底I和半導體層序列2之間具有至少一個吸收層11和替換於此地還有另外的吸收層11』。
[0079]在圖6中示出半導體雷射二極體105，該半導體雷射二極體105具有帶吸收層11的至少一個濾波層9以及替代於此地還有帶吸收層11』的另外的濾波層9，這些濾波層9布置在襯底I中。
[0080]在圖7中示出根據另一實施例的半導體雷射二極體106，其中襯底I實施為通過吸收層11構成的濾波層9。為此，襯底I例如可以具有上述材料的植入或者通過上述吸收性材料之一來構成。
[0081]在圖8中示出根據另一實施例的半導體雷射二極體107，其中由吸收層11構成的濾波層9在半導體層序列2中布置在有源層3與襯底I之間。特別有利的是，在該情況下吸收層11由覆蓋層與襯底I之間的InGaN層構成，所述覆蓋層對應η摻雜覆蓋層在半導體層序列2中的位置。
[0082]在圖9Α至9C中示出根據另外的實施例的半導體雷射二極體108，其中由吸收層11構成的濾波層9在半導體層序列2中布置在有源層3的背向襯底I的側上。圖9Α在此不出根據圖1B中的圖不的截面圖，而圖9Β和9C不出垂直於福射方向50的半導體雷射二極體108的截面圖。
[0083]濾波層9尤其是可以布置在半導體層序列2上並且由銦錫氧化物層和/或氧化錫層構成。在此也有可能的是，電極層41由濾波層9構成。濾波層9可以如在圖9Β中所示出的那樣大面積地施加在半導體層序列2上，或者如在圖9C中所示出的那樣經結構化地僅僅施加在半導體層序列2的橋形構造的區域上。
[0084]在圖10中示出根據另一實施例的半導體雷射二極體109，其中純示例性地布置在襯底的背向半導體層序列2的底側上的濾波層9經結構化地構造並且沿著輻射方向50具有彼此分開的子區域。在圖10中和在下面的圖中示出的經結構化的吸收層可以在將電絕緣材料或者導電性差的材料用作吸收材料時是尤其有利的，其中這樣的結構化也可以在導電的吸收材料情況下使用。
[0085]在圖11中以垂直於輻射方向50的截面圖示出根據另一實施例的半導體雷射二極體110，其中濾波層9由吸收層11構成，該吸收層11在垂直於輻射方向的方向上被結構化。吸收層11在此構造為與半導體雷射二極體110的側面相間隔地布置並且尤其是位於有源層3的有源區域下方的區域。
[0086]替換於圖10和11的實施例，吸收層也可以布置在半導體層序列2中的其他位置處或者布置在襯底I上或襯底I中，如部分地在圖12至15中所示的那樣。
[0087]因此例如圖12示出根據另一實施例的半導體雷射二極體111，該半導體雷射二極體111具有濾波層9，該濾波層9由沿著輻射方向50的部分的經結構化的吸收層11構造。此外可以存在如在圖12中所表明的另外的濾波層9，該另外的濾波層9例如具有經結構化的吸收層11』，該吸收層11』在與吸收層11錯開地布置的子區域中被結構化。
[0088]在圖13中示出根據另一實施例的半導體雷射二極體112，該半導體雷射二極體112在襯底I中具有帶吸收層11、11』的一個或多個濾波層9，所述濾波層在垂直於輻射方向的方向上被結構化並且具有彼此錯開地布置的子區域。
[0089]在圖14和15中示出半導體雷射二極體113、114，其在圖14的情況下具有帶兩個吸收層11、11』的濾波層9並且在圖15的情況下具有兩個分別帶一個吸收層11、11』的濾波層，其中吸收層11分別未經結構化地以及大面積地構造並且吸收層11』分別是經結構化的。[0090]通過這裡所述的濾波層可以明顯減少襯底模，例如可以在由電極層構成的η金屬化部處阻止返回反射，由此可以極大地減少幹擾性的襯底照明。由此在投影應用時在使用所示的半導體雷射二極體時明顯提高圖像質量。通過將至少一個濾波層集成到半導體雷射二極體中，不需要外部的光闌、吸收性的元件等等，這可以顯著減少安裝成本和安裝容差以及減小結構大小並且因此可以使得集成到投影儀中變得容易。
[0091]除了用於抑制襯底模的所示措施之外，在此所述的半導體雷射二極體例如還可以具有正面上的光阻擋層，如在專利申請DE 102011054954.4和US 61/590, 375中所述的那樣，所述專利申請在光阻擋層方面的公開內容明確地通過回引結合於此。通過在所述專利申請中描述的光阻擋層可以覆蓋正面的至少一部分。可能經過光阻擋層從正面出射的多重反射可以通過這裡所述的濾波層被阻止。
[0092]在圖中所示的實施例也可以彼此組合和/或可以附加地或者替換地具有根據
【發明內容】
部分中的描述的另外的特徵，即使當這樣的組合沒有明確地在圖中示出時也是如此。
[0093]本發明不由於根據實施例的描述而限於這些實施例。更確切地說，本發明包括每個新的特徵以及特徵的每種組合，這尤其是包含權利要求中的特徵的每種組合，即使當該特徵或者該組合本身未明確地在權利要求或實施例中說明時也是如此。
【權利要求】
1.半導體雷射二極體，具有 一襯底(I)， 一在襯底(I)上帶有至少一個被設立用於生成雷射光線(30 )的有源層(3 )的半導體層序列(2 )，所述雷射光線(30 )在運行中沿著輻射方向(50 )被輻射，和 一至少一個濾波層(9)，所述至少一個濾波層具有主延伸平面，該主延伸平面平行於有源層(3)的主延伸平面並且被設立用於散射和/或吸收除了雷射光線(30)以外也在半導體層序列(2)和/或襯底(I)中傳播的光。
2.根據權利要求1所述的半導體雷射二極體，其中濾波層(9)具有在襯底(I)的與半導體層序列(2)相對的側上的粗糙部(10)。
3.根據權利要求2所述的半導體雷射二極體，其中所述粗糙部(10)具有大於或等於Inm並且小於或等於30 μ m的平均粗糙度R,。
4.根據權利要求2或3所述的半導體雷射二極體，其中濾波層(9)具有在襯底(I)的與半導體層序列(2)相對的側上的粗糙部(10)並且在該粗糙部(10)上具有吸收層(11 )。
5.根據前述權利要求之一所述的半導體雷射二極體，其中濾波層(9)具有至少一個吸收層(11，11』)。
6.根據權利要求4或5所述的半導體雷射二極體，其中至少一個吸收層(11，11』)施加在襯底(I)的與半導體層序列(2)相對的側上、襯底(I)內和/或襯底(I)與半導體層序列(2)之間。
7.根據權利要求4至6之一所述的半導體雷射二極體，其中所述襯底(I)被構造為所述至少一個吸收層(11)。
8.根據權利要求4至7之一所述的半導體雷射二極體，其中所述至少一個吸收層(11，11』)在半導體層序列(2 )中布置在襯底(I)與有源層(3 )之間。
9.根據權利要求4至8之一所述的半導體雷射二極體，其中所述至少一個吸收層(11，11』)在半導體層序列(2)中布置在有源層(3)的與襯底(I)相對的側上。
10.根據權利要求4至9之一所述的半導體雷射二極體，其中存在至少兩個吸收層(11,11')。
11.根據權利要求10所述的半導體雷射二極體，其中所述至少兩個吸收層(11，11』)構造為不同的。
12.根據權利要求4至11之一所述的半導體雷射二極體，其中所述至少一個吸收層(11，11』)在沿著輻射方向(50)的方向上和/或垂直於輻射方向(50)地被結構化。
13.根據權利要求12所述的半導體雷射二極體，其中存在至少兩個在子區域中經結構化的吸收層(11，11』)並且這些子區域彼此錯開地布置。
14.根據權利要求4至13之一所述的半導體雷射二極體，其中所述至少一個吸收層(11，11』)布置在襯底模(31)的最大值處。
15.根據權利要求4至14之一所述的半導體雷射二極體，其中所述至少一個吸收層(11，11』 )具有大於或等於lOOcnT1的吸收係數。
16.根據權利要求4至15之一所述的半導體雷射二極體，其中所述至少一個吸收層(11，11』)具有大於或等於Inm並且小於或等於200 μ m的厚度。
17.根據權利要求4至16之一所述的半導體雷射二極體，其中吸收層(11，11』)具有大於或等於襯底折射率的70%的折射率。
18.根據權利要求4至17之一所述的半導體雷射二極體，其中為了構成所述至少一個吸收層(11，11』)通過擴散或植入嵌入一種或多種選自N、P、O、Mg、S1、Ge、B、H的材料。
19.根據權利要求4至18之一所述的半導體雷射二極體，其中所述至少一個吸收層(11,11』 )外延地生長，具有一種或多種選自 AlInGaN、AlInGaAs、AlInGaP、S1、Ge、ZrO、ZnO、ZnSe、CdTe 的材料。
20.根據權利要求4至19之一所述的半導體雷射二極體，其中所述至少一個吸收層(11，11』 )具有通過蒸鍍、噴濺、化學氣相沉積、離子電鍍和/或原子層沉積所施加的材料，所述材料選自411甙 3隊5丨、66、銦錫氧化物、祖、0、11、唚、？(1、？丨、411、48、01、41、2110、11.。
【文檔編號】H01S5/14GK103701036SQ201310443054
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年9月26日 優先權日:2012年9月27日
【發明者】B.施託耶茨, A.萊爾, C.艾希勒 申請人:奧斯蘭姆奧普託半導體有限責任公司