半导体激光二极管,用于制造半导体激光二极管的方法和半导体激光二极管装置的制造方法

文档序号:10476103
半导体激光二极管,用于制造半导体激光二极管的方法和半导体激光二极管装置的制造方法
【专利摘要】提出一种半导体激光二极管,其具有:半导体层序列(1),所述半导体层序列具有竖直地上下重叠地施加的半导体层,所述半导体层具有有源层(11),所述有源层在运行中经由辐射耦合输出面放射激光辐射,其中辐射耦合输出面由半导体层序列(1)的侧面形成;和横向地彼此相邻地在半导体层序列(1)的主表面(12)上的隔热层(2)和金属的接触层(5),其中隔热层(2)由电绝缘的多孔材料(9)形成。由此,在运行中产生的热量经由p型电极(5)引向热沉(20)并且避免构成二维的温度梯度。因此,反作用于在边缘发射器中的热透镜。此外,提出一种用于制造半导体激光二极管和半导体激光二极管装置的方法。
【专利说明】半导体激光二极管,用于制造半导体激光二极管的方法和半导体激光二极管装置
[0001]相关申请的交叉参引
[0002]本专利申请要求德国专利申请102013 114 226.5的优先权,其公开内容通过参引结合于此。
技术领域
[0003]提出一种半导体激光二极管、一种用于制造半导体激光二极管的方法和一种具有半导体激光二极管的半导体激光二极管装置。
【背景技术】
[0004]用于光纤耦合的激光二极管、例如高功率激光二极管除了高的光学输出功率和高的光电效率以外也需要窄的放射角,以便能够将尽可能多的光功率耦合到玻璃光纤中。这以物理值明亮度表示。而在传统的高功率激光二极管中在被称为“快轴(fast axis)”的垂直于激光二极管的层结构的平面中的放射由于小的发射区域能够足够良好地聚焦;在被称为“慢轴(slow axis)”的层平面中的放射尤其在宽条形激光二极管中,当尝试提高清晰度进而更低成本地实现用于直接应用的光纤激光系统或光纤耦合的激光器时通常是进行限制的因素。
[0005]在高的光学输出功率下的升高的慢轴发散角的一个原因是横向地在共振器中构成称作热透镜的温度分布。这通过如下方式实现,传统的激光二极管设计为用于实现最佳的散热,使得所述激光二极管大面积地在下述侧上金属化,借助于所述侧所述激光二极管焊接到热沉上。由此,不仅垂直于外延层进行散热,而且由于金属化层的、焊剂的和热沉的有限的热阻也二维地进行散热。由此在激光器的有源区域中由于损耗功率而构成温度曲线,所述温度曲线在横向剖面中在共振器的中心具有最大值并且向外降低。由于光学折射率和光学增益的温度相关性形成光学透镜,所述光学透镜将环绕的光在共振器中聚焦从而提高激光器的放射发散角。

【发明内容】

[0006]特定的实施方式的至少一个目的是,提出一种半导体激光二极管,在所述半导体激光二极管中相对于已知的激光二极管减少温度分布中的不均匀性。此外,特定的实施方式的目的是,提出一种用于制造半导体激光二极管的方法和一种具有半导体激光二极管的半导体激光二极管装置。
[0007]所述目的由根据独立权利要求的方法和主题实现。主题和方法的有利的实施方式和改进方案是从属权利要求的特征并且还从下面的说明和附图中得到。
[0008]根据至少一个实施方式,半导体激光二极管具有半导体层序列,所述半导体层序列具有竖直地上下重叠地施加的半导体层。半导体层序列尤其具有有源层,所述有源层设立为用于在运行中经由辐射耦合输出面放射激光辐射。为此,有源层尤其能够具有用于放射激光辐射的有源区域。辐射耦合输出面由半导体层序列的侧面形成,该侧面与半导体层序列的相对置的后侧面沿纵向方向形成共振器。在此所描述的半导体激光二极管优选是所谓的边缘发射的半导体激光二极管。半导体层分别具有垂直于竖直的生长方向定向的主延伸平面。垂直于竖直的生长方向的方向在此和在下文中称作横向方向。尤其,沿着放射方向的横向方向也能够称作纵向方向,而垂直于放射方向的横向方向能够称作横贯方向。
[0009]根据另一实施方式,半导体层序列除了有源层以外具有其他功能性的半导体层,例如波导层、包覆层、缓冲层和/或半导体接触层。作为有源层,半导体层序列例如能够具有常规的Pn结、双异质结构或者单量子阱结构或多量子阱结构。量子阱结构例如能够具有量子阱、量子线或量子点或这些结构的组合。半导体层序列例如能够具有由砷化物的、磷化物的或氮化物的半导体材料构成的一个或多个半导体层。对于长波的、红外至红色的辐射适合的例如是基于InxGayAl 1-x-yAs的半导体层序列;对于红色的福射适合的例如是基于InxGayAlnyP的半导体层序列以及对于短波的可见的、即尤其绿色至蓝色的光和/或对于UV福射适合的例如是基于InxGayAlityN的半导体层序列,其中分别适用O SxS I并且O < y< I。半导体层序列的半导体层优选生长在衬底上。在生长之后能够完全地或部分地移除衬底。此外,在衬底的背离半导体层序列的主表面上能够存在另一接触层。
[0010]根据另一实施方式,半导体层序列沿竖直方向在一侧上由主表面限界,所述主表面基本上沿横向方向延伸。这能够意味着,主表面同样构成有主延伸平面,所述主延伸平面垂直于生长方向。此外,主表面也能够具有表面结构,通过所述表面结构,主表面能够具有与平坦的面不同的形状。例如,主表面能够具有一个或多个腹板结构。在半导体层序列的与主表面相对置的侧上例如能够设置有衬底,在所述衬底上施加有半导体层序列。
[0011]半导体层序列例如能够由半导体晶片形成,从所述半导体晶片中能够通过随后的分割分离出多个半导体激光二极管。半导体激光二极管中的每个能够具有一个或多个有源区域进而构成为单个发射器或多重发射器,也能够称作激光条栅(Laserbarren)。此外,半导体层序列已经能够是半导体晶片的分割出的部分,该部分对应于之后制成的半导体激光二极管。
[0012]根据另一实施方式,在半导体层序列的主表面上横向地彼此相邻地施加隔热层和金属的接触层。这尤其意味着,隔热层和金属的接触层沿竖直方向设置在有源层之上以及沿横向方向并排地设置在半导体层序列上。
[0013]根据另一实施方式,隔热层由电绝缘的多孔材料形成。因此,隔热层具有电绝缘材料,在所述电绝缘材料中构成有多个孔、即空腔。
[0014]根据至少一个另外的实施方式,在用于制造半导体激光二极管的方法中,在方法步骤A中提供之前所描述的半导体层序列,所述半导体层序列具有竖直地上下重叠地施加的半导体层,所述半导体层具有有源层,所述有源层在运行中经由辐射耦合输出面放射激光辐射,其中辐射耦合输出面由半导体层序列的侧面形成。
[0015]根据另一实施方式,在用于制造半导体激光二极管的方法中,在方法步骤B中将隔热层大面积地施加在半导体层序列的主表面上,其中隔热层由电绝缘的多孔材料形成。将层大面积地施加在半导体层序列的主表面上意味着,不将层结构化地且局部地施加在所述主表面上而是优选非结构化地且以覆盖整个主表面的方式施加在所述主表面上。
[0016]此外,用于制造半导体激光二极管的方法具有方法步骤C,其中半导体层序列的主表面的区域通过局部地移除隔热层而露出。
[0017]在另一方法步骤D中,在主表面的露出的区域上施加接触层,使得接触层和隔热层横向地彼此相邻地设置在主表面上。
[0018]之前以及在下文中所描述的特征和实施方式同样适用于半导体激光二极管和用于制造半导体激光二极管的方法。
[0019]接触层和隔热层尤其能够直接和非间接地彼此相邻地设置在主表面上。也就是说换言之,隔热层的和接触层的侧面、即分别至少对隔热层的和接触层的区域沿垂直于竖直方向的方向限界的面直接和非间接地彼此邻接。尤其,在通过局部地移除隔热层露出半导体层序列的主表面的区域的方法步骤中,能够制造在隔热层中的开口,所述开口确定接触层的形状并且然后将接触层的材料引入所述接触层中。
[0020]根据另一实施方式,接触层条形地构成在半导体层序列的主表面上并且在至少两个侧面上邻接于隔热层。尤其,接触层在半导体激光二极管的俯视图中能够沿竖直方向或在适当的剖视图中由半导体激光二极管(在贯穿半导体激光二极管的适当的剖视图中)沿着半导体激光二极管的层的主延伸平面构成为纵向的条,所述条将隔热层分为两个区域,所述区域沿横向方向设置在条的两侧上。
[0021]尤其,条形的金属的接触层能够从辐射耦合输出面延伸至半导体层序列的与辐射耦合输出面相对置的后侧面。由此,半导体激光二极管尤其能够构成为所谓的条形激光器,例如构成为所谓的宽条形激光器。金属的接触层的形状和宽度确定在有源层中的有源区域的尺寸和形状,在运行中激光辐射能够经由所述有源区域通过辐射耦合输出面放射,其中所述金属层能够实现从半导体层序列的一侧与半导体层序列进行电接触和尤其与有源层进行电接触。
[0022]根据另一实施方式,半导体激光二极管具有多于一个的金属的接触层。多个金属的接触层尤其能够构成为纵向的条,所述条沿横贯方向并排地与隔热层的区域交替地设置。
[0023]根据另一实施方式,隔热层的电绝缘的多孔材料具有氧化物和/或氮化物,所述氧化物和/或氮化物具有多个孔。特别优选地,电绝缘的多孔材料能够具有一种或多种下述材料或者由下述材料构成:S i O2、Al 203、T i O2、Ta2O5、Hf O2、ZrO2、AIN。
[0024]根据另一实施方式,为了将隔热层大面积地施加在半导体层序列的主表面上而应用溶胶-凝胶法。为此,将前体材料、例如前体溶胶或前体凝胶大面积地施加到半导体层序列的主表面上。前体材料例如能够通过旋涂法施加。通过超临界的干燥,即在提高的压力下和/或在提高的温度下进行干燥,能够将前体材料转换为形成隔热层的电绝缘的多孔材料的气凝胶。在溶胶-凝胶法中,例如能够形成由前体和溶剂形成的溶胶。例如,溶剂能够是水。在衬底的和/或半导体层序列的临界的热预算下能够用液态的CO2替换溶剂,以便实现在低温下的超临界的干燥。如果例如应将S12气凝胶制造为隔热层,那么能够将硅酸甲酯(TMOS)用作前体。通过水解能够形成前体凝胶。前体凝胶例如能够借助于旋涂大面积地施加在半导体层序列的主表面上。接着,能够将前体凝胶超临界地干燥,例如在大约250°C的温度和大于或等于50bar且小于或等于80bar的压力下干燥。
[0025]根据用于将隔热层大面积地施加在主表面上的另一实施方式使用下述方法,其中将具有多个颗粒的层大面积地施加在主表面上。具有多个颗粒的层例如能够由颗粒的大面积地施加的单层形成。对此替选地也可行的是,具有多个颗粒的层由具有颗粒的多层形成。例如,颗粒能够是球状的。对此替选地,颗粒的其它几何形状也是可行的。例如颗粒能够由聚苯乙烯球形成。具有颗粒的层形成所谓的模板层(Template-Schicht),所述模板层具有在颗粒之间的间隙。在另一方法步骤中,用电绝缘的材料、尤其上述氧化物和/或氮化物填充在颗粒之间的间隙。特别优选地,能够借助于原子层沉积法进行间隙的填充。接着,能够移除在电绝缘的材料中的颗粒以形成孔。例如能够通过例如借助于氧等离子体的灰化来移除颗粒。也能够多次依次执行下述步骤:施加具有多个颗粒的层;用电绝缘的材料填充在颗粒之间的间隙;和移除颗粒以在电绝缘的材料中形成孔,以便设定隔热层的期望的厚度。通过移除颗粒在电绝缘材料中产生限定数量的空腔,使得能够经由所述方法有针对性地设定隔热层的热导率。对于原子层沉积法替选地,也能够使用其他覆层法例如化学气相沉积。例如能够借助于浸涂法、旋涂法或本领域技术人员已知的LB膜法将颗粒施加在半导体层序列的主表面上。
[0026]根据另一实施方式,隔热层具有大于或等于70%、大于或等于74%、大于或等于80%或者甚至大于或等于90%的孔隙度。尤其,大于或等于74%的孔隙度证实为对于下述情况是有利的,即借助于前述基于颗粒的方法制造隔热层。在借助于溶胶-凝胶法制造的隔热层的情况下,例如在硅胶的情况下,大于或等于90%的孔隙度被证实为有利的。
[0027]根据另一实施方式,隔热层具有大于或等于0.02W/(m.K)的热导率。此外,当热导率小于或等于0.05W/(m.K)时能够是足够的。尤其,隔热层的厚度和热导率的乘积能够得出隔热层的期望的热阻。
[0028]根据另一实施方式,在隔热层的背离半导体层序列的侧上设置有介电的覆盖层。覆盖层尤其能够不具有孔。尤其,覆盖层能够非间接且直接地施加在隔热层上。换言之,在通过局部地移除隔热层而露出半导体层序列的主表面的区域的方法步骤之前,能够将覆盖层大面积地施加在隔热层上。如果局部地移除隔热层以露出主表面的区域,那么能够在同一方法步骤中,即与隔热层一起局部地移除覆盖层。
[0029]覆盖层例如能够借助于等离子增强的化学气相沉积来施加并且用于用介电的材料封闭隔热层。覆盖层例如能够具有氧化物和/或氮化物,例如一种或多种上文结合隔热层的电绝缘的材料提到的材料。在此,覆盖层和隔热层能够具有不同的材料或者也能够具有相同的材料。覆盖层与制成的半导体激光二极管中的隔热层的不同之处能够在与,覆盖层不具有孔,而在隔热层中包含孔。
[0030]根据另一实施方式,在通过局部地移除隔热层且必要时也局部地移除覆盖层来露出半导体层序列的主表面的区域的方法步骤中使用光刻法。为此,例如能够用光刻胶限定要移除的区域。优选能够以干法化学法进行对隔热层的和必要时覆盖层的结构化。对此替选地,也能够使用湿法化学法,只要所述湿法化学法能够关于尤其在对多孔的隔热层上的蚀刻作用方面相应地进行控制。
[0031]根据另一实施方式,在大面积地施加隔热层之前将刻蚀停止层施加在半导体层序列的半导体表面上。刻蚀停止层尤其能够用于在干法化学蚀刻法中保护半导体层序列的主表面、即尤其半导体层序列的位于最上方的半导体层防止蚀刻介质,即例如蚀刻等离子体影响。如果在主表面上存在刻蚀停止层,那么在局部地移除隔热层时能够在主表面的同一区域中移除所述刻蚀停止层,以便这样在期望的区域中露出半导体层序列的主表面。由此,在制成的半导体激光二极管中,刻蚀停止层仍存在于隔热层和半导体层序列之间。在由S12构成的隔热层中,亥Ij蚀停止层例如能够具有Al2O3或者由其形成。
[0032]根据另一实施方式,在光刻地结构化隔热层之后能够在主表面的露出的区域和隔热层上大面积地沉积金属的接触层的材料。为此特别有利的是,为了限定主表面的要露出的区域而施加的光刻胶仍设置在隔热层上且必要时设置在覆盖层上,使得能通过剥离工艺以简单的方式结构化接触层并且在主表面上的露出的区域中存在接触层。例如能够通过物理气相沉积或溅镀来施加金属的接触层。
[0033]根据另一实施方式,金属的接触层具有一种或多种金属,例如呈金属层形式的金属。例如,接触层能够具有带有金和/或铜的一个或多个层,由此能够实现期望的电流传导和热传导。此外,金属的接触层能够具有一种或多种下述材料,选自铂、钛、氮化钛、氮化钽、铬、钨和氮化钨。这种材料尤其能够有利地作为附着层和/或扩散阻挡层。
[0034]根据另一实施方式,在将接触层施加在所述隔热层上之后施加金属化层。尤其,能够大面积地施加金属化层并且形成焊剂金属化部,半导体激光二极管能够经由所述焊剂金属化部安装在热沉上。金属化层例如也能够具有一种或多种结合金属的接触层提到的材料。
[0035]根据至少一个另外的实施方式,半导体激光二极管装置具有之前所描述的半导体激光二极管,所述半导体激光二极管根据之前所描述的方法制造,其中半导体激光二极管安装在热沉上,使得隔热层设置在半导体层序列和热沉之间。换言之,半导体层序列的主表面指向热沉,其中隔热层和接触层施加到所述主表面上。半导体激光二极管的热沉例如能够由用于半导体激光二极管的冷却体和适合的壳体形成。
[0036]通过在此所描述的、由电绝缘的多孔材料构成的隔热层能够在运行中实现来自半导体激光二极管的排热的适当的横向的结构化,以便均匀化在半导体激光二极管中的温度曲线进而将其与现有技术中的半导体激光二极管相比平滑。隔热层能够通过其多孔的结构在非常高的机械稳定性的同时能够实现非常小的热导率。在此所描述的用于隔热层的材料,即之前提到的氧化物和氮化物和在此所描述的制造方法有利地与半导体工艺兼容。尤其能够通过横向地与电接触层相邻地设置的隔热层实现:在半导体激光二极管的运行中产生的热主要由接触层从半导体激光二极管导出。而商业的半导体激光二极管具有大面积的金属化部以实现小的热阻进而提高激光二极管的效率,在此所描述的半导体激光二极管中要承受提高的热阻,因为通过有针对性地影响半导体激光二极管中的温度分布能够实现提高明亮度。
[0037]在下面结合附图所描述的实施例中得到其他优点、有利的实施方式和改进方案。
【附图说明】
[0038]附图示出:
[0039]图1A至IE示出用于制造根据一个实施例的半导体激光二极管的方法的示意图;
[0040]图2示出根据另一实施例的半导体激光二极管的示意图;
[0041]图3示出根据另一实施例的半导体激光二极管装置的示意图;
[0042]图4A至4D示出用于制造根据另一实施例的半导体激光二极管的方法的方法步骤的不意图;以及
[0043]图5A至5D示出用于制造根据另一实施例的半导体激光二极管的方法的方法步骤的示意图。
[0044]在附图和实施例中,相同的、同类型的和起相同作用的元件能够分别设有相同的附图标记。示出的元件及其相互间的大小关系不视为合乎比例的,更确切地说为了更好的可示出性和/或为了更好的理解,能够夸大地示出个别元件,例如层、构件、器件和区域。在图1A至IE中示出用于制造根据一个实施例的半导体激光二极管100的方法。
【具体实施方式】
[0045]为此,如在图1A中所示出那样,在第一方法步骤中提供具有竖直地上下重叠地施加的半导体层的半导体层序列。半导体层序列I尤其具有有源层11,所述有源层设立为用于在制成的半导体激光二极管100运行中经由辐射耦合输出面放射激光辐射。制成的半导体激光二极管100,如其在图1E中示出那样,具有垂直于绘图平面的放射方向,使得辐射耦合输出面以及与辐射耦合输出面相对置的后侧面平行于绘图平面位于其前方或后方,其中所述辐射耦合输出面和所述后侧面形成共振器。半导体层序列I和尤其制成的半导体激光二极管100是边缘发射的半导体激光二极管。例如,半导体激光二极管能够是用于光纤耦合的高功率激光二极管例如条栅形激光器(Barrenlaser)或宽条形激光器。这种半导体激光二极管在半导体层方面的基本结构对于本领域技术人员是已知的进而在此不进一步进行阐述。
[0046]半导体层序列I的材料尤其能够选自II1-V族化合物半导体材料体系,尤其砷化物、磷化物和/或氮化物半导体材料体系。在示出的实施例中,半导体层序列I施加在衬底10上,所述衬底例如能够是用于半导体层序列I的生长衬底。对此替选地,衬底10也能够是载体衬底,在生长衬底生长之后半导体层序列I被转移到所述载体衬底上。尤其,在此示出的实施例中示出的衬底10是导电的并且在衬底10的与半导体层序列I相对置的侧上设置有接触层19,经由所述接触层能够从衬底侧接触半导体层序列I和尤其有源层11。对于示出的实施例替选地,也能够经由现有技术中已知的其他可行性从下侧、即从衬底侧电接触所提供的半导体层序列I。
[0047]在背离衬底的侧上,半导体层序列I具有主表面12,半导体层序列I借助主表面12封闭。主表面12能够如在示出的实施例中平坦地构成。对此替选的也能够是,半导体层在有源层11上或甚至附加地也在有源层11的一部分上被腹板状地结构化,使得主表面12具有腹板结构。
[0048]图1中示出的半导体层序列I尤其能够是在晶片复合结构中的半导体材料。换言之,衬底10能够是衬底晶片,在所述衬底晶片上施加有半导体层序列I。通过在之后的方法阶段中分割,能够从半导体层序列I中分离出各个半导体激光二极管。对此替选也可能的是,半导体层序列I已经被分割并且提供用于制造各个半导体激光二极管。仅由于可示出性的原因,在下面的附图中仅示出后一种情况。
[0049]在另一方法步骤中,在主表面12上大面积地沉积隔热层2,所述隔热层由电绝缘的多孔材料形成。电绝缘的多孔材料在示出的实施例中由所谓的气凝胶形成,所述气凝胶具有电绝缘的氧化物和/或氮化物,在所述氧化物和/或氮化物中包含多个孔。隔热层2的氧化物和/或氮化物尤其能够选自下述材料中的一种或多种材料:Si02、Al203、Ti02、Ta205、AlN、Hf02、Zr02o
[0050]如在图1B中示出的,为了制造隔热层2在溶胶-凝胶法中将前体材料2’大面积地施加在半导体层序列I的主表面12上。大面积在此意味着,优选用前体材料2’覆盖整个主表面12,使得必要时也能够如已经存在的腹板结构那样平坦化主表面12的不平坦度。前体材料2’能够是前体溶胶或是前体凝胶。如果例如基于S12的气凝胶制造为隔热层2,那么能够由适合的前体例如正硅酸甲酯(TMOS)与作为溶剂的水形成溶胶。所述溶胶能够直接施加到主表面12上,或者所述溶胶能够对此替选地通过水解形成凝胶,并且然后将前体凝胶作为前体材料2’施加到主表面2上。优选借助于旋涂法进行前体材料2’的施加。通过超临界的干燥,例如在大约250°C的温度和大于或等于50bar且小于或等于80bar的压力下干燥,能够实现前体材料2’的超临界的干燥,由此形成隔热层2,如在图1C中示出那样,所述隔热层具有电绝缘的材料9,即在示出的实施例中具有S12,其具有多个孔8。在例如衬底10的和/或半导体层序列I的热敏度高时,也能够用液态的CO2替换溶剂,以便实现在低温下的干燥。
[0051]借助于溶胶-凝胶法可行的是,在大的范围中调节隔热层2的孔隙度。由此,能够相应地有针对性地将隔热层2的热导率设定得低。对于S12替选地,隔热层2也能够具有气凝胶,例如基于AI2O3、Zr02和/或Ti02的气凝胶。在此情况下,也能够经由溶胶-凝胶法的工艺参数调节孔隙度,使得原则上能够产生隔热层的限定的期望的热导率。
[0052]在另一方法步骤中,能够如同样在图1C中示出那样,在隔热层2上优选大面积地施加由介电的材料构成的覆盖层3。尤其,能够借助于等离子增强的气相沉积施加覆盖层3。覆盖层3用于封闭隔热层2,其中所述覆盖层能够具有与隔热层2相同的或不同的氧化物或氮化物。
[0053]在另一方法步骤中进行光刻法,所述光刻法用于在主表面12上、即从上侧限定与半导体层序列I的接触面。为此,如在图4中示出的,在隔热层2上适当地以结构化的方式施加光刻胶4。通过随后干法化学地结构化覆盖层3和隔热层2,能够通过局部地移除隔热层2和覆盖层3来露出半导体层序列I的主表面12的区域。
[0054]在另一方法步骤中,在露出的主表面12上以及至少局部地在光刻胶4上沉积适合于制造金属的接触层5的接触材料。例如通过物理气相沉积或通过溅镀进行接触材料的沉积。
[0055]通过剥离工艺能够将接触材料结构化,使得如在图1E中示出的,在剥离光刻胶4之后在主表面12上保留接触层5,使得隔热层2和金属的接触层5横向地彼此相邻地设置在半导体层序列I的主表面12上。尤其,在半导体激光二极管100的之前所描述的条形激光器类型的构成方案中,接触层5能够条形地构成在半导体层序列I的主表面12上并且至少在两个侧面上邻接于隔热层2。电接触层5能够如图1E中示出那样与覆盖层3平坦地构成或者对此替选地也能够伸出所述覆盖层或者下沉地设置。
[0056]如之前所描述的,半导体层序列I能够在晶片复合结构中设有之前所描述的层并且尤其设有多个接触层5,使得在现在紧接着的分割步骤中能够从复合结构中分离出各个半导体激光二极管100。
[0057]通过由于多孔的结构具有有针对性地设定的小的热导率的隔热层2能够避免或至少减少已知的热透镜效应,所述热透镜效应限制已知的高功率激光二极管的明亮度。同时,隔热层2具有足够的机械稳定性,以便在制造过程中或在安装时避免半导体激光二极管的折射。在此可行的是,将所描述的工艺、尤其溶胶-凝胶法集成到常规的芯片制造工艺中,使得与现有技术相比能够产生具有更高的明亮度的机械稳定的半导体激光二极管,这尤其能够是对于光纤耦合应用有利的。
[0058]在图2中示出根据另一实施例的半导体激光二极管101,所述半导体激光二极管与半导体激光二极管100相比具有金属化层6,所述金属化层沉积在覆盖层3和接触层5上。金属化层6例如能够是焊剂金属化部,借助于所述焊剂金属化部能够将半导体激光二极管101安装在热沉上。
[0059]在图3中示出相应的半导体激光二极管装置200,其中根据图2的实施例的半导体激光二极管101安装在具有金属化层6的热沉20上。例如,半导体激光二极管101能够焊接在热沉20上。热沉20例如能够由壳体构件或冷却体形成。半导体激光二极管101安装在热沉20上,使得隔热层2设置在半导体层序列I和热沉20之间,使得能够通过隔热层2有针对性地影响从有源层11到热沉20中的传热进而影响半导体层序列I中的温度曲线。
[0060]在图4A至4D中示出用于制造根据另一实施例的半导体激光二极管102的方法的方法步骤,其中在将隔热层2沉积在半导体层序列I的主表面12上之前施加保护层,以便保护半导体层序列I和尤其形成主表面12的半导体层。所述保护层通常能够由P型掺杂的半导体接触层形成,所述半导体接触层能够是在结构化隔热层2时相对于蚀刻等离子体非常敏感的。
[0061]为此,如在图4A中示出那样,在主表面12上施加刻蚀停止层7,然后在所述刻蚀停止层上根据结合图1B的上文所描述的方法步骤施加前体材料2’。在基于S12气凝胶的隔热层的情况下,刻蚀停止层例如能够具有Al2O3或者由其构成。在图4B至4D中示出的方法步骤对应于结合图1C至IE描述的方法步骤,即将覆盖层3沉积在隔热层2上,通过光刻胶4光刻地限定接触面和优选通过干法化学法结构化隔热层2和覆盖层3,以及沉积金属的接触层5。
[0062]在局部地移除隔热层2时也移除刻蚀停止层7的相应的区域,使得在制成的半导体激光二极管102中在隔热层2和半导体层序列I之间除了接触层5以外还存在刻蚀停止层7。
[0063]结合图5A至f5D描述对于图1A至IE的实施例替选的用于制造隔热层2的方法。
[0064]为此,如在图5A中示出的,将具有多个颗粒8’的层施加在呈所谓的模板层形式的主表面12上。例如能够以单层的形式,如在图5A中示出那样,或者以多层的形式施加颗粒8’。颗粒8’例如能够是球状的且优选由聚苯乙烯球形成。对此替选地,其他材料和几何形状也是可能的。颗粒8’例如通过浸涂、旋涂或通过LB膜法施加到半导体层序列I的主表面12上。
[0065]在另一方法步骤中,如在图5B中示出的,借助于适合的覆层法例如原子层沉积法以介电的、即电绝缘的材料9例如Al203、Si02、Ta205、Ti02或其他之前提到的材料中的一种填充在颗粒8’之间的间隙。
[0066]随后可行的是,尤其在聚苯乙烯球的情况下,经由O2等离子体处理通过灰化移除颗粒8’,使得在由电绝缘的材料9构成的层中产生孔8形式的空腔。通过重复在图5A至5(:中示出的方法步骤而可行的是,有针对性地调节隔热层2的厚度以及在电绝缘的材料9中的孔8的数量,如在图5D中示出那样。随后,能够将结合之前所描述的方法所描述的其他层施加在隔热层2上并且能够进行隔热层2的相应的结构化。结合图5A至f5D示出的用于制造隔热层3的方法的特征例如在于关于电绝缘的材料选择方面的大的灵活度。
[0067]根据其他未详尽示出的实施例也能够将在实施例中示出和描述的特征彼此组合。此外,在附图中示出的实施例能够具有根据在概述部分的说明的替选的或附加的特征。
[0068]本发明不受根据实施例的说明的限制。更确切地说,本发明包括每个新的特征以及特征的任意组合,这尤其包含权利要求中的特征的任意组合,即使所述特征或所述组合本身并未详尽地在权利要求或实施例中给出时也如此。
【主权项】
1.一种半导体激光二极管,其具有: 半导体层序列(I),所述半导体层序列具有竖直地上下重叠地施加的半导体层,所述半导体层具有有源层(11),所述有源层在运行中经由辐射耦合输出面放射激光辐射,其中所述辐射耦合输出面由所述半导体层序列(I)的侧面形成;和 横向地彼此相邻地在所述半导体层序列(I)的主表面(12)上的隔热层(2)和金属的接触层(5), 其中所述隔热层(2)由电绝缘的多孔的材料(9)形成。2.根据权利要求1所述的半导体激光二极管,其中所述接触层(5)条形地构成在所述半导体层序列(I)的所述主表面(12)上并且在至少两个侧面上邻接于所述隔热层(2)。3.根据权利要求1或2所述的半导体激光二极管,其中在所述隔热层(2)的背离所述半导体层序列(I)的侧上设置有介电的覆盖层(3)。4.根据权利要求3所述的半导体激光二极管,其中所述覆盖层(3)不具有孔。5.根据权利要求3或4所述的半导体激光二极管,其中在所述覆盖层(3)和所述接触层(5)上施加有金属化层(6)。6.根据上述权利要求中任一项所述的半导体激光二极管,其中电绝缘的多孔的所述材料(9)具有选自 Si02、Al203、Ti02、Ta205、Hf02、Zr02、AlN 中的一种或多种材料。7.—种用于制造根据权利要求1至6中任一项所述的半导体激光二极管的方法,所述方法具有下述步骤: A)提供半导体层序列(I),所述半导体层序列具有竖直地上下重叠地施加的半导体层,所述半导体层具有有源层(U),所述有源层在运行中经由辐射耦合输出面放射激光辐射,其中所述辐射耦合输出面由所述半导体层序列(I)的侧面形成; B)将隔热层(2)大面积地施加在所述半导体层序列(I)的主表面(12)上,其中所述隔热层(2)由电绝缘的多孔的材料(9)形成; C)通过局部地移除所述隔热层(2)露出所述半导体层序列(I)的所述主表面(12)的区域; D)将金属的接触层(5)施加在所述主表面(12)的露出的所述区域上,使得所述接触层(5)和所述隔热层(2)横向地彼此相邻地设置在所述主表面(12)上。8.根据权利要求7所述的方法,其中在方法步骤B中以溶胶-凝胶法沉积前体材料(2’)以及将所述前体材料(2’)通过超临界的干燥转换为形成电绝缘的多孔的所述材料(9)的气凝胶。9.根据权利要求8所述的方法,其中通过旋涂法进行所述前体材料(2’)的沉积。10.根据权利要求7所述的方法,其中方法步骤B具有下述子步骤: BI)施加具有多个颗粒(8’)的层; B2)用电绝缘的材料(9)填充在所述颗粒(8’)之间的间隙; B3)移除所述颗粒(8’)以在电绝缘的所述材料(9)中形成孔(8)。11.根据权利要求10所述的方法,其中多次依次执行方法步骤BI至B3。12.根据权利要求10或11所述的方法,其中借助于原子层沉积进行在方法步骤B2中的所述间隙的填充。13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法,其中所述颗粒(8’)由聚苯乙烯球形成。14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法,其中在方法步骤B3中借助于氧等离子体移除所述颗粒(8’)。15.根据权利要求7至14中任一项所述的方法,其中在方法步骤C之前大面积地将由电绝缘的材料构成的覆盖层(3)施加在所述隔热层(2)上以及在步骤C中将所述覆盖层(3)与所述隔热层(2)—起局部地移除。16.根据权利要求15所述的方法,其中借助于等离子增强的化学气相沉积施加所述覆盖层(3)。17.根据权利要求7至16中任一项所述的方法,其中在方法步骤D之后将金属化层(6)施加在所述接触层(5)和所述覆盖层(3)上。18.根据权利要求7至17中任一项所述的方法,其中在方法步骤B之前在所述半导体层序列(I)的所述主表面(12)上施加刻蚀停止层(7)。19.根据权利要求7至18中任一项所述的方法,其中在方法步骤C中执行干法化学蚀刻法。20.—种半导体激光二极管装置,其具有根据权利要求1至6中任一项所述的半导体激光二极管,其中所述半导体激光二极管安装在热沉(20)上,使得所述隔热层(2)设置在所述半导体层序列(I)和所述热沉(20)之间。
【文档编号】H01S5/20GK105830291SQ201480069331
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2014年12月8日
【发明人】塞巴斯蒂安·特格尔, 亚历山大·巴赫曼
【申请人】欧司朗光电半导体有限公司
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