专利名称：光泵激的发射辐射线的半导体装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的光泵激的(optisch gepumpte)发射辐射线的半导体装置；还涉及如权利要求19和25的前序部分所述的对于该装置的一种制造方法。
例如专利文件DE 100 26 734.3公开过一种光泵激的发射辐射线的半导体装置，其内容作为参考容纳在本说明书中。在这里描述一种光泵激的表面发射用的半导体激光系统，该装置配有一个产生辐射线的量子空腔谐振结构(Quantentopfstruktur)和一个泵激辐射线源-例如一个泵激激光器(Pumplaser)以用于量子空腔谐振结构的光泵激。量子空腔谐振结构和泵激辐射线源都是在一个共同的基底上按外延法生长起来的。
在这样一种半导体激光系统的制造方法中，首先按一个第一外延步骤在一个基底上生长出量子空腔谐振结构。然后部分地清除、例如蚀去量子空腔谐振结构；在一个第二外延步骤中，在所暴露出的部位上生长出泵激辐射线源。
在泵激辐射线源和量子空腔谐振结构之间的交界区处，在第二外延步骤中产生一个所谓的生长区，该生产区的晶体结构具有比较多的晶体缺陷。因此，在该生长区内在泵激辐射线输入耦合到量子空腔谐结构中时，便会出现光损失，这种光损失会减小半导体激光系统的效益。
本发明的任务是提供一种光泵激的发射辐射线用的半导体装置，该装置配有一个量子空腔谐振结构和一个泵激辐射线源，这二者是整体地集成的，该半导体装置具有改进的效益。尤其是在将泵激辐射线输入耦合到量子空腔谐振结构中时可减小损失。本发明的另一任务是提供一种对此装置的制造方法。
上述任务通过权利要求1所述的一种半导体装置及权利要求19或25所述的一种制造方法加以解决。本发明的一些有利的改进方案则是从属权利要求的主题。
按照本发明，所形成的一个光泵激的发射辐射线的半导体装置配有一个半导体，该半导体具有至少一个泵激辐射线源和一个表面发射的量子空腔谐振结构，其中，泵激辐射线源和量子空腔谐振结构是整体集成的，而泵激辐射线源产生泵激辐射线，以用于量子空腔谐振结构的光泵激。在半导体上，在泵激辐射线源和量子空腔谐振结构之间形成一个凹穴，以用于将泵激辐射线输入耦合到量子空腔谐振结构中。该凹穴特别是如此布置的使得在其结构上可在量子空腔谐振结构和泵激辐射线源之间的生长区得以清理出来。事实已证明利用这种确定设计形成的凹穴，对泵激辐射线的输入耦合损失与利用上述生长区而实现的一种输入耦合相比得以有利地减小。
本发明特别适用于这类半导体装置，其中泵激辐射线源和表面发射的量子空腔谐振结构由不同的半导体层序形成。这些半导体层序最好外延地和依次地在一个共同的基底上形成。其优点在于用于泵激辐射线源和表面发射的量子空腔谐振结构的半导体层序可以彼此独立地适合于各自的要求、例如不同的发射波长。
按照本发明的一个有利的改进方案，所述凹穴设计成一种沟的形状，其中该凹沟垂直于或者斜对着泵激辐射线的传播方向、最好是垂直于或斜对着泵激辐射线源的主辐射方向延伸。一种沟状的凹穴是比较节省空间的，而且在制造时可以很少技术复杂性地例如作为腐蚀沟加以形成。
所述凹穴最好具有一个第一侧面和一个相对置的、最好是平行的第二侧面，其中由泵激辐射线源所产生的泵激辐射线首先通过第一侧面而输入耦合到该凹穴中，然后通过对置的第二侧面而输入耦合到量子空腔谐振结构中。通过在具有确定侧面的凹穴造型中清除生长区，在泵激辐射线输入耦合到量子空腔谐振结构中时可有利地减少所述损失。
为了避免在凹穴侧面上的反射，有利的做法是用一种介电材料或一种半导体材料填充该凹穴。这样就可降低侧面上的折射率跃迁，从而减小侧面上泵激辐射线的反射，进而提高泵激辐射线到量子空腔谐振结构中的输入耦合。用于填充凹穴的材料最好如此选择，使得其折射率尽可能近似于或者甚至等于相邻的半导体材料的折射率，特别是在泵激辐射线源的泵激辐射线导引区内。
当然还有一个有益之处，在凹穴的侧面上、特别是在面对泵激辐射线源的那个侧面上规定出一个确定的反射。按本发明的这种方案，所述泵激辐射线源可以设计为激光器，其中反射的侧面则用作为谐振器反射镜(Resonatorspiegel)。
为了减小侧面上的反射损失，按照本发明的一项优选的改进方案对侧面做了如此布置，使得该侧面与泵激辐射线源的一个主发射方向形成一个角，该角与布鲁斯特角相等。布鲁斯特角αB可从下面的关系式得出tan αB＝nA/nP式中nA表示凹穴中的材料(必要时也是空气或另一种合适的气体)的折射率；nP表示泵激辐射线源的相邻半导体材料的折射率，泵激辐射线就是在该半导体材料中传播的。通过所述侧面与泵激辐射线源的主发射方向构成布鲁斯特角的这种布置，对那些平行于入射平面(就凹穴的侧面而言)被极化的泵激辐射线部分可减少反射损失。
按照本发明，泵激辐射线源最好设计成激光器，特别设计成棱边发射的激光器或环形激光器。这样就可以使泵激辐射线强烈地、具有精确的传播方向地成束，而且可达到一种窄的光谱分布。因此泵激辐射可以最佳地用于量子空腔谐振结构的光泵激，而且能准确地入射到量子空腔谐振结构中。此外，量子空腔谐振结构也可以安置在泵激光器的一个谐振器的内部中。
按照本发明，泵激辐射线最好沿着侧向输入耦合到量子空腔谐振结构中，该量子空腔谐振结构的辐射线发射基本上是垂直于泵激辐射线的传播方向进行的。此外，半导体装置可以设计为垂直发射的激光器、例如设计为VCSEL(垂直空腔表面发射激光器-VerticalCavity Surface Emitting Laser)或圆盘激光器。
根据本发明的用于一个光泵激的发射辐射线的半导体装置的一种制造方法，首先配备一个基底用于半导体生长，在基底上外延地生长出其中可形成量子空腔谐振结构的若干个半导体层。然后将这些半导体层部分地加以清除，并在如此暴露出的部位中生长出泵激辐射线源，使泵激辐射线源侧向与量子空腔谐振结构相邻。其中，泵激辐射线源的半导体层同量子空腔谐振结构的半导体层沿着侧向一起生长，从而在泵激辐射线源和量子空腔谐振结构之间产生一个带有受到比较强烈干扰的晶体结构的生长区。
然后在泵激辐射线源和量子空腔谐振结构之间形成一个凹穴，用于将泵激辐射线输入耦合到量子空腔谐振结构中。在这种情况下，生长区由于在泵激辐射线输入耦合时有较高的晶体缺陷密度而会导致光损失，所以生长区至少部分地加以清除，以改进输入耦合效益。
最好在半导体上腐蚀出所述凹穴。为此湿化学法和干化学法都是适用的，如RIBE法或CAIBE法。如已述及的有利的是将凹穴设计成腐蚀沟。
根据本方法的另一种实施形式，首先在基底上生长出用于泵激辐射线源的层序，然后在其上再设计出一个窗口。在该窗口中接下来以外延法生长出若干个半导体层，其中该层可形成量子空腔谐振结构。
在这种情况下，在泵激辐射线源的层序和量子空腔谐振结构之间产生一个具有比较强烈地受到干扰的晶体结构的生长区。下一步至少部分地清除该生长区，这些步骤的实施与上述的本方法所述的第一个实施形式的步骤相似。
按这些制造方法，最好用一种半导体材料或一种介电材料填充该凹穴，以便降低凹穴和相邻的半导体材料之间的折射率跃迁，从而减小随之出现的反射损失。例如凹穴可以用硅树脂填充。
上述两步骤-外延法的一个优点特别在于为此可不掺杂表面发射的量子空腔谐振结构，而将其能导电地进行制造。一般地说，所述掺杂会导致在表面发射的量子空腔谐振结构中产生较高的吸收损失。
本发明的其它特征、优点、实用性由下面参照
图1至6对于本发明的一些实施例所做的说明得出。
附图表示图1a和1b 根据本发明的一个半导体装置的第一实施例的示意横截面图和俯视图，图2根据本发明的一个半导体装置的第二实施例的示意俯视图，图3根据本发明的一个半导体装置的第三实施例的示意横截面图，图4a至4f根据本发明的制造方法六个中间步骤的示意图，
图5配有根据本发明的一个半导体装置的一种激光系统的第一实施例，图6配有根据本发明的一个半导体装置的一种激光系统的第二实施例示意图。
在附图中凡是相同的或作用相同的元件都用同一附图标记表示。
在图1a中以横截面图表示一种光泵激的发射辐射线的半导体装置；图1b表示属于该装置的俯视图。属于图1a的截面平面沿图1b中的A-A线延伸。该半导体装置具有一个布置在一个基底1上的半导体，该半导体包含一个表面发射的区域15和两个泵激辐射线源20。在表面发射的区域15中，形成一个表面发射的量子空腔谐振结构11，该结构在工作中由泵激辐射线源20实施光泵激，并产生辐射线5，该辐射线垂直于基底1的表面4或者说垂直于所述半导体和基底1之间的交界面8地被发射。
泵激辐射线源20都是作为棱边发射的半导体激光器加以设计的，它们按传统方法进行电泵激。为了实现供电，在半导体的上表面上涂敷一层p-接触层32，相对置地在基底上涂敷一层n-接触层9。棱边发射的半导体激光器各自具有一个有效的(aktive)发射辐射线的层25，该发射层在工作时沿着表面发射区15或量子空腔谐振结构11的方向侧向地发射出泵激辐射线2。
处在表面发射区15范围内的量子空腔谐振结构11被安置在基底上方与棱边发射的半导体激光器的有效层25相等高度上。这样可达到下述目的由半导体激光器产生的泵激辐射线2将尽可能完全地输入耦合到量子空腔谐振结构11中，从而使量子空腔谐振结构以高效益地实现光泵激。
为了提高泵激效益，按照本发明分别在泵激辐射线源20和具有量子空腔谐振结构11的表面发射区15之间形成一个具有沟形的凹穴10。
依传统方法，在制造所绘示的半导体装置(下面还将做详细说明)时，要在基底1上涂敷若干个半导体层以形成量子空腔谐振结构11和泵激辐射线源20。在这种情况下可以产生一个所谓的生长区，在该生长区中泵激辐射线源20的半导体层和量子空腔谐振结构11的半导体层侧向地共同生长。由于生长区中的晶体结构受到比较强烈的干扰，所以在该生长区中会大大出现泵激辐射线2的一种散射或吸收。因此这种被散射的或被吸收的泵激辐射线2不能供量子空腔谐振结构11的光泵激使用，从而使泵激效益降低。
根据本发明，通过至少部分地清除生长区中的半导体材料以形成一个例如具有所述沟形的凹穴10。这样就能有利地减少生长区中泵激辐射线的散射或吸收，从而提高泵激效益。
图2中以俯视图表示出一个根据本发明的半导体装置的第二实施例。该半导体装置相应于图1b中所示的俯视图，其不同之处在于沟形的凹穴10斜对着泵激辐射线2的一个传播方向延伸。
根据这个实施例，特别有利的是如此形成凹穴10，使得它的侧面26和27、也就是介于泵激辐射线源20或表面发射区15和凹穴10之间的交界面彼此平行，而且与泵激辐射线源20的一个主发射方向构成一个角，该角等同于布鲁斯特角αB。对于半导体和凹穴之间的过渡，可以下列关系式得出布鲁斯特角αBtan αB＝nA/nP式中的nP表示泵激辐射线源20的半导体材料的折射率，特别是泵激辐射线导引层的折射率；nA表示处于凹穴10中的材料的折射率。有时凹穴也可以用气体例如空气进行填充或者加以抽空，其中，折射率nA接近于1.0。
凹穴的侧面26、27与泵激辐射线源的主发射方向构成布鲁斯特角，这一布置的优点在于可降低在凹穴侧面上泵激辐射线的反射，从而提高泵激效益。
按上述实施例，最好将泵激辐射线源设计成棱边发射的半导体激光器，其中半导体的外侧面16形成谐振器反射镜，而表面发射区则布置在如此形成的激光谐振器的内部。
图3中示出本发明的第三实施例的截面图。其结构相应于图1所示的实施例。
所示半导体装置具有一个基底1，其上涂敷了一个缓冲层6。例如可使用GaAs作为基底的材料，使用不掺杂的GaAs作为缓冲层的材料。
在缓冲层6上，依次在表面发射区15中布置一个第一限制层12、一个量子空腔谐振结构11和一个第二限制层13。限制层12、13例如可以含有未掺杂的GaAs。量子空腔谐振结构11最好包含三个或更多的量子空腔，该量子空腔所具有的厚度相应于由量子空腔谐振结构所要产生的辐射线5用的第一发射波长，该量子空腔通过阻隔层而彼此保持一定间距。量子空腔谐振结构例如是由InGaAs形成的，其厚度相应于由量子空腔谐振结构所要产生的辐射线5所用的一个发射波长1030nm，而阻隔层例如是由GaAs形成的。
在第二限制层13之后安置了一个布拉格镜(Braggspiegel)3。该布拉格镜例如可分别由28至30个交替的Ga0.1Al0.9As或Ga0.9Al0.1As制成的层(循环)形成。
在表面发射的区域15旁边安置了两个泵激辐射线源20，它们各自为一种棱边发射的半导体结构21的形式。由棱边发射的半导体结构21所产生的泵激辐射线2沿着侧向被耦合进入到量子空腔谐振结构11中。
棱边发射的半导体结构21优先设计为LOC-激光器结构(大光学腔-Large Optical Cavity)，各自具有一个单量子空腔谐振结构(SQW-单量子凹穴(Single Quantum Well))。对泵激辐射线2来说，适合的发射波长小于由量子空腔谐振结构所要产生的辐射线5所用的第一发射波长。根据迄此述及的数据，适合于泵激辐射线的一个发射波长为大约1000nm。
棱边发射的半导体结构21，从基底1来看，各自由以下的层组成一个第一外壳层28，例如由n-Ga0.35Al0.65As形成，涂敷在缓冲层6上；一个第一波导层23，例如由n-Ga0.90Al0.10As形成；一个有效层，例如由未掺杂的InGaAs形成，具有SQW-Ga0.35Al0.65As-层的形式；一个第二波导层24，例如由p-Ga0.90Al0.10As形成；及一个第二外壳层29，例如由p-Ga0.35Al0.65As形成。紧接着在第二外壳层29上的是一个覆盖层30，例如一个p+-掺杂的GaAs-层，并在其上有p-接触层32。
LOC-结构22由两个波导层23、24和居于其间的有效层25所形成。LOC-结构离基底的距离是如此决定的辐射线导引层25被安置在基底上方与量子空腔谐振结构11相同的高度上，从而使产生的泵激辐射线2沿着侧向尽可能完全地射入到量子空腔谐振结构中。
在泵激辐射线源20和表面发射的区域15之间，生长区被清除了，从而在泵激辐射线源20和表面发射的区域15之间便形成一个凹穴10。该凹穴最好用一种对泵激辐射线可穿透的材料进行填充。特别可以为所述填充优先使用一种硅树脂或一种半导体材料。此外，下述做法也是很有利的这种填充材料应有这样一个折射率，该折射率大致相应于交界的泵激辐射线源的折射率和/或量子空腔谐振结构的折射率，或者相应于上述两个折射率的几何平均值。
对于折射率匹配而言，起决定性作用的是在泵激辐射线源20上的辐射线导引层的折射率。这样的折射率匹配可有利减少凹穴10的侧面上的反射损失。
所述及的半导体层最好采用外延法、例如利用金属有机的蒸汽相外延法(MOVPE)在基底1上生长出来。
在泵激辐射线源的相关外侧面16的附近形成与棱边发射的半导体结构的层相垂直地延伸的反射层31，该反射层用作棱边发射的LOC-激光结构22用的终端镜。该反射层从覆盖层30出发一直延伸到至少第一个外壳层28中，最好如图所示地延伸到缓冲层6中。这种反射层31可以在用于棱边发射半导体结构的半导体层生长起来之后通过下述措施加以形成首先利用一种腐蚀法例如反应性离子腐蚀形成腐蚀沟，然后用一种合适的反射性材料进行填充。
可替换的是，泵激辐射线源20的外侧面16也可以用作为终端镜，在这种情况下所述泵激辐射线源最好是通过相关晶片分裂所形成的。
棱边发射的激光结构也可以安置在一个共同的、由两个反射层31或侧面16所限界的谐振器中，从而使得量子空腔谐振结构也处在该谐振器内。另一种方法是，从量子空腔谐振结构11来观察凹穴10的处在外面的侧面16可以同所属的反射面31或侧面27一起分别形成一个用于棱边发射的半导体激光器的谐振器，使得量子空腔谐振结构11被布置在这两个谐振器之中。另一种方法是所述泵激辐射线源设计为环形激光器，量子空腔谐振结构布置在该环形谐振器内。
在覆盖层30和布拉格镜3的外露的表面上布置了一个电绝缘的掩蔽层7，例如一个氮化硅层、氧化硅层或一个氧化铝层，该掩蔽层将p-接触层32的射流路径、例如一种接触金属化部位固定到泵激辐射线源20中。这样特别可达到下述目的泵激流只射到泵激辐射线源20中，从而可避免量子空腔谐振结构11的不希望的电泵激。
在基底1的对置于量子空腔谐振结构11或泵激辐射线源20的表面4上，相应于p-接触层32涂敷了一个n-接触层9、例如一种接触金属化部位，该金属化部位在表面发射的区域15中被开槽。这种开槽形成一个输出窗口14，用于由量子空腔谐振结构11所产生的辐射线5。基底的表面4最好在输出窗口14内取消反射，借以减小由量子空腔谐振结构11所发射的辐射线5的回反射。
在图4a至4f中，分六个中间步骤示意地绘出根据本发明的半导体装置所用的一种制造方法。要被制造的半导体装置基本上相应于图3。
在一个第一步骤图4a中，例如利用一种MOVPE-法在基底1上依次生长出缓冲层6、第一限制层12、量子空腔谐振结构11、第二限制层13以及用于布拉格镜3的层。
然后在一个第二步骤图4b中，在作为表面发射区15所设置的区域内涂敷了一个腐蚀掩蔽层17，例如一个氮化硅掩蔽层。然后利用腐蚀法在表面发射的、未被腐蚀掩蔽层17所遮盖的区域的外部腐蚀出用于布拉格镜3的层、限制层12和13、量子空腔谐振结构11，及缓冲层6的一部分。为此例如一种干腐蚀法是适用的。
在缓冲层6的如此暴露的区域中，在图4c的一个第三步骤中，为了形成具有所述的棱边发射的半导体激光器形式的泵激辐射线源20，依次涂敷了第一外壳层28、第一波导层23、有效层25、第二个波导层24、第二外壳层29以及覆盖层30，为此例如也利用一种MOVPE方法。
在这种情况下所述层是在垂直方向和在稍有几度的侧向方向中生长起来的。所导致的结果是泵激辐射线源20的半导体层都是随同第一步骤中所涂敷的层在表面发射区域15的边缘上一起生长的。因此，在表面发射的区域15和泵激辐射线源20之间产生一个生长区19，该生长区如前所述具有一个受到比较强烈干扰的晶体结构，所以使泵激辐射的耦合效益受到影响。
与图3中所示的实施例有所不同的是，棱边发射的半导体激光器21的终端镜是通过半导体的外侧面16所形成的。在这个位置上可以看出为了清楚起见，在图4中只绘出了唯一的一个半导体装置的制造过程。一般地说，在晶片组合体中同时制造出若干个这种半导体装置，它们在步骤4c之后仍然是侧向地相连的或者是没有侧面16的。侧面16其实是在制造方法的下一个步骤中切开晶片结合体的情况下通过分裂而制造出来的。
在一个第四步骤图4d中，在覆盖层30上涂敷一个腐蚀掩蔽层18、例如一个按照相平版印刷术制造的漆掩蔽层，该掩蔽层掩盖着泵激辐射线源20和表面发射的区域15上面的覆盖层30，从而保护着处于其下方的半导体层。在生长区19上留空腐蚀掩蔽层18。
利用一种腐蚀法在继后的第五步骤图4e中，将生长区19清除掉。其中，分别在一个泵激辐射线源20和表面发射的区域15、特别是量子空腔谐体结构11之间形成一个具有一种腐蚀沟形式的凹穴10。在这一步骤中，作为腐蚀法适用的是一种湿化学法或一种干化学法、例如RIBE或CAIBE。
然后可以用一种能够透过泵激辐射线的材料、例如一种硅树脂填充该腐蚀沟。为此硅树脂要加以离心涂敷、按照照相平版印刷术加以结构化处理，然后进行硬化。
接下来在一个第六步骤图4f中，清除腐蚀掩蔽层18，在覆盖层30和布拉格镜3上涂敷电绝缘的掩蔽层7，再在其上涂敷p-接触层32，以及在基底1的背面上涂敷接触层9。
根据与图4a至4f相结合的另一方法过程，首先在基底上生长出一个层序，以用于代表泵激辐射线源的棱边发射的半导体激光器，然后在其中例如利用掩蔽法和腐蚀法形成一个窗口。随即在该窗口中按外延法生长出若干个半导体层以用于表面发射的区域15，这些半导体层尤其包含量子空腔谐振结构。
在用于棱边发射的半导体激光器的层序、即泵激辐射线源和用于表面发射的区域15的半导体层之间，产生一个具有受到比较强烈干扰的晶体结构的生长区。
在该方法程序中所实施的其它步骤与结合图4d至4f所说明的步骤相似。
图5示意地表示配有一个根据本发明的半导体装置的一种激光系统的一个实施例。
半导体装置例如相应于一个在图1至3中所示的实施例。与半导体装置的基底1相对置地布置的是一个外部镜35，该镜与半导体装置的布拉格镜3一起形成激光系统的激光谐振器。其中，布拉格镜3形成终端镜，外部镜35则形成谐振器的输出耦合镜。
输出耦合镜35最好设计为可部分透射的介电性镜。使用一种可部分透射的金属镜也是可行的。
半导体装置的光泵激的量子空腔谐振结构11表征着激光系统的激光有效区，在该半导体装置上，激光辐射利用光的泵激过程产生，并得到加强。在这种激光系统上，最好在激光谐振器内布置一个非线性的光学元件34、特别是一个非线性的光学晶体。
非线性的光学元件34用于激光辐射的频率转换。其中通过一种非线性的光学过程-如总频率发生、第二、第三或另一更高谐波的或差频发生，从激光辐射中产生另一种波长的电磁辐射36。如此，通过总频率的发生、或者谐波频率的发生，从激光辐射中可特别产生较短波的可见光，该激光辐射在所述及的半导体激光器上或量子空腔谐振结构上通常处在红或红外区中。根据激光辐射线和要被产生的辐射线的波长，作为非线性介质-例如KTP、KDP、BBO、KNB、LiNbO、PPLN或LBO是合适的。
按上述实施形式，输出耦合镜35最好作为二向色性镜加以形成，该反射层对于由非线性光学元件34所产生的辐射是很大程度上透射的，而对于激光辐射线则很大程度上是反射的。特别是介电的输出耦合镜适合于此目的，利用所述镜可以通常对于激光辐射线达到一个大于90％的反射度，而对于利用非线性光学元件34所产生的辐射线的输出耦合则可达到一个低于10％的反射度。
图6中绘示出配有一个根据本发明的半导体装置的一种激光系统的另一个实施例。与图5中所示的实施例的不同之处是，该激光谐振器是设计为折叠式谐振器。为此，在光程中加入另一个镜33，从而使谐振器轴线被偏转角度。所述另一个镜33和输出耦合镜35都是呈凹面的，所以在这两个镜之间产生一个聚焦区，非线性的光学元件34便安置在该聚焦区中。通过这种聚焦，可以提高非线性光学元件34范围内由量子空腔谐振结构11所发生的激光辐射线的强度，从而提高非线性转换。
参照实施例和附图对本发明所做的说明不能视作对本发明的限制。特别是在本发明中并不强求正好配置两个泵激辐射线源。半导体装置也可以只有唯一的一个泵激辐射线源，或者也可以有两个以上、例如星形地围绕量子空腔谐振结构布置的泵激空腔辐射线源。
总的说来，本发明还包含每种在实施例范围和其它描述的构思中述及的特征的组合，尽管这种组合并不是一项权利要求的主题。
权利要求
1.配有一个半导体的光泵激的发射辐射线的半导体装置，该半导体具有至少一个泵激辐射线源(20)和一个表面发射的量子空腔谐振结构(11)，其中泵激辐射线源(20)和量子空腔谐振结构(11)是整体集成的，泵激辐射线源(20)产生泵激辐射线(2)以用于量子空腔谐振结构(11)的光泵激，其特征在于，在所述半导体上，在泵激辐射线源(20)和量子空腔谐振结构(11)之间形成一个凹穴(10)，以用于将泵激辐射线(2)输入耦合到量子空腔谐振结构(11)中。
2.按权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，凹穴(10)呈沟形构成，并斜对着或垂直于泵激辐射线(2)的传播方向延伸。
3.按权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，凹穴(10)具有一个朝向泵激辐射线源(20)的第一侧面(26)和一个对置的、朝向量子空腔谐振结构(11)的第二侧面(27)，其中泵激辐射线(2)通过第一侧面(26)射入到凹穴(10)中，然后通过第二侧面(27)射入到量子空腔谐振结构(11)中。
4.按权利要求3所述的半导体装置，其特征在于，第二侧面(27)与第一侧面(26)平行。
5.按权利要求3或4所述的半导体装置，其特征在于，第一和/或第二侧面(26，27)同泵激辐射线(2)的一个传播方向、特别是同泵激辐射线源(20)的一个主发射方向构成一个角，该角与布鲁斯特角相等。
6.按权利要求1至5中任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述凹穴(10)用一种介电材料或一种半导体材料进行填充。
7.按权利要求6所述的半导体装置，其特征在于，所述凹穴(10)是用这样一种材料进行填充，该材料具有的折射率基本上等于泵激辐射线源(2)的折射率、等于量子空腔谐振结构(11)的折射率，或者等于这两个后述的折射率的几何平均值。
8.按权利要求1至7中任一项所述的半导体装置，其特征在于，半导体装置包含一个垂直发射体，该发射体具有一个产生辐射线的区域，该区域由量子空腔谐振结构(11)所形成。
9.按权利要求8所述的半导体装置，其特征在于，所述垂直发射体是一个能垂直发射的激光器、特别是一个VCSEL或一个圆盘激光器。
10.按权利要求1至9中任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述泵激辐射线源(20)是一种泵激激光器。
11.按权利要求10所述的半导体装置，其特征在于，所述泵激激光器是一种棱边发射的激光器。
12.按权利要求10或11所述的半导体装置，其特征在于，所述泵激激光器是一种环形激光器。
13.按权利要求10至12中任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述泵激激光器具有一个谐振器，所述量子空腔谐振结构(11)安置在该谐振器内。
14.按权利要求1至13中任一项所述的半导体装置，其特征在于，泵激辐射线(2)沿着侧向被输入耦合到量子空腔谐振结构(11)中。
15.按权利要求1至14中任一项所述的半导体装置，其特征在于，泵激辐射线源(20)和表面发射的量子空腔谐振结构(11)是由不同的半导体层序形成的。
16.按权利要求1至15中任一项所述的半导体装置，其特征在于，泵激辐射线源(20)和表面发射的量子空腔谐振结构(11)是以外延法并依次地形成的。
17.按权利要求1至16中任一项所述的半导体装置，其特征在于，凹穴(10)布置在介于泵激辐射线源(20)和表面发射的量子空腔谐振结构(11)之间的生长区中。
18.按权利要求1至17中任一项所述的半导体装置，其特征在于，泵激辐射线源(20)具有至少一个波导层(23、24)。
19.配有一个半导体的一个光泵激的半导体装置的制造方法，该半导体具有一个表面发射的量子空腔谐振结构(11)和至少一个泵激辐射线源(20)，该泵激辐射线源产生泵激辐射线(2)以用于量子空腔谐振结构(11)的光泵激，其中泵激辐射线源(2)和量子空腔谐振结构(11)是整体集成的，该方法具有以下步骤a)准备一个基底(1)，b)在基底(1)上按外延法生长出若干个半导体层，该半导体层包含量子空腔谐振结构(11)，c)对所述半导体层进行局部清除，d)在通过在步骤c)中的清除而暴露出的区域中按外延法生长出泵激辐射线源(20)，使该泵激辐射线源(20)与所述量子空腔谐振结构(11)相邻，其特征在于，在泵激辐射线源(20)和量子空腔谐振结构(11)之间构成一个凹穴(10)，以用于将泵激辐射线(2)输入耦合到量子空腔谐振结构(11)中。
20.按权利要求19所述的方法，其特征在于，在步骤d)中生长出半导体层以用于形成泵激辐射线源(20)，该半导体层沿着侧向在一个生长区(19)中至少部分地同量子空腔谐振结构(11)一起生长，而凹穴(10)则通过至少局部清除生长区(19)而形成。
21.按权利要求19或20所述的方法，其特征在于，凹穴(10)通过腐蚀、特别是湿化学腐蚀或干化学腐蚀而形成。
22.按权利要求19至21中任一项所述的方法，其特征在于，凹穴(10)是沟形的，特别是形成为腐蚀沟。
23.按权利要求19至22中任一项所述的方法，其特征在于，凹穴(10)用一种可透过泵激辐射线的材料进行填充。
24.按权利要求23所述的方法，其特征在于，凹穴(10)用硅树脂或一种半导体材料进行填充。
25.配有一个半导体的一种光泵激的半导体装置的制造方法，该半导体具有一个表面发射的量子空腔谐振结构(11)和至少一个泵激辐射线源(20)，该泵激辐射线源产生泵激辐射线(2)以用于量子空腔谐振结构(11)的光泵激，其中泵激辐射线源(2)和量子空腔谐振结构(11)是整体集成的，该方法具有以下步骤a)准备一个基底(1)，b)在基底(1)上以外延法生长出若干个半导体层，该半导体层包含泵激辐射线源(20)、形成量子空腔谐振结构(11)，c)在所述若干半导体层中形成一个窗口，以用于量子空腔谐振结构(11)，d)在该窗口中以外延法生长出量子空腔谐振结构(11)，使得泵激辐射线源(20)与该量子空腔谐振结构(11)相邻，其特征在于，在泵激辐射线源(20)和量子空腔谐振结构(11)之间形成一个凹穴(10)，以用于将泵激辐射线(2)输入耦合到量子空腔谐振结构(11)中。
26.按权利要求25所述的方法，其特征在于，在步骤d)中生长出半导体层以用于形成量子空腔谐振结构(11)，该半导体层沿着侧向在一个生长区中至少部分地与泵激辐射线源(20)的层序一起生长，而凹穴(10)通过至少局部地清除生长区(19)而形成。
27.按权利要求25或26所述的方法，其特征在于，凹穴(10)通过腐蚀、特别是湿化学腐蚀或干化学腐蚀而形成。
28.按权利要求25至27中任一项所述的方法，其特征在于，凹穴(10)是呈沟形的、特别是形成为腐蚀沟。
29.按权利要求25至28中任一项所述的方法，其特征在于，凹穴(10)用一种可透过泵激辐射线的材料进行填充。
30.按权利要求29所述的方法，其特征在于，凹穴(10)用硅树脂或一种半导体材料进行填充。
全文摘要
本发明涉及配有一个半导体的一种光泵激的发射辐射线的半导体装置，该半导体具有至少一个泵激辐射线源(20)和一个表面发射的量子空腔谐振结构(11)，其中泵激辐射线源(20)和量子空腔谐振结构(11)是整体集成的。泵激辐射线源(20)产生泵激辐射线(2)用于量子空腔谐振结构(11)的光泵激，其中在半导体上在泵激辐射线源(20)和量子空腔谐振结构(11)之间形成一个凹穴(10)以用于将泵激辐射线(2)输入耦合到量子空腔谐振结构(9)中。此外，本发明还涉及用于这种半导体装置的一种制造方法。
文档编号H01S5/06GK1682418SQ03821233
公开日2005年10月12日 申请日期2003年8月13日 优先权日2002年9月5日
发明者C·卡努特施, N·林德尔, J·卢夫特, S·卢特根, W·施密德 申请人:奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司