边缘发射的半导体激光器的制作方法

提出一种边缘发射的半导体激光器。

技术实现要素：

要实现的目的在于：提出一种边缘发射的半导体激光器，所述半导体激光器具有降低的材料应力和高的效率。

所述目的还通过具有权利要求1的特征的边缘发射的半导体激光器来实现。优选的改进形式是从属权利要求的主题。

根据至少一个实施方式，半导体激光器包括半导体层序列。半导体层序列包含一个或多个用于产生辐射的有源区。半导体激光器优选基于iii-v族化合物半导体材料。半导体材料例如是氮化物化合物半导体材料如alnin1-n-mgamn或是磷化物化合物半导体材料如alnin1-n-mgamp或者也为砷化物化合物半导体材料如alnin1-n-mgamas或如alngamin1-n-maskp1-k，其中分别有0≤n≤1，0≤m≤1并且n+m≤1以0≤k<1。在此，优选对于半导体层序列的至少一个层或全部层适用的是：0<n≤0.8，0.4≤m<1并且n+m≤0.95以0<k≤0.5。在此，半导体层序列能够具有掺杂物以及附加的组成成分。

根据至少一个实施方式，半导体激光器是边缘发射的半导体激光器。这表示：发射方向和/或在半导体激光器之内引导射束的方向垂直于或基本上垂直于半导体层序列的生长方向定向。

根据至少一个实施方式，半导体激光器包括电的接触接片。接触接片优选处于半导体层序列的上侧上。电的接触接片设计用于将电流馈入半导体层序列中。优选的是，接触接片是欧姆导电的。上侧尤其是背离半导体层序列的载体衬底和/或生长衬底的一侧。

根据至少一个实施方式，接触接片仅在电接触区域中施加在上侧上或仅在接触区域中与上侧电接触。接触区域例如是矩形区域，在上侧的俯视图中观察，在所述区域中电接触半导体层序列。在俯视图中观察，接触区域能够与半导体激光器的波导区域重合或近似重合。接触接片能够在波导区域的整个宽度和/或长度之上延伸。替选地，接触接片仅部分地沿着波导区域或脊波导的宽度和/或长度延伸，例如延伸最高90％或80％。

根据至少一个实施方式，有源区仅在接触区域中或近似地仅在接触区域中进而仅局部地通电。特别地，接触接片和/或接触区域构成条，并且仅在该条中，在俯视图中观察，在有源区中连同在半导体层序列中发生电流扩展的可能存在的尤其小的区域中产生激光辐射。

根据至少一个实施方式，接触接片包括两个或多于两个金属层。金属层表示：相应的层由金属或金属合金构成。替选地，术语金属层也包括欧姆导电层，所述欧姆导电层由非金属的能导电的材料形成。在该情况下，术语金属层包括由透明导电氧化物、英文transparentconductiveoxides或简称tco构成的金属导电层。出自该材料类别中的材料的实例是氧化铟锡，简称ito。但是尤其优选地，接触接片包括一个或多个金属层，所述金属层由金属或金属合金构成，使得仅附加地能够存在一个或多个tco层。

根据至少一个实施方式，在远离上侧的方向上，接触接片的金属层至少部分地彼此上下堆叠地设置。特别地，金属层依次且连续地施加在接触区域中。层堆状的布置因此能够从用于接触接片的制造工艺中产生。

根据至少一个实施方式，接触接片的一个或多个金属层设有结构化部。结构化部尤其表示：在俯视图中观察，相关的材料层仅部分地覆盖接触区域。特别地，结构化部通过如下方式得出：在相关的金属层中成形至少一个开口和/或至少一个中断部。术语开口在此具体涉及孔状的结构，使得相关层的材料环形地包围开口。而中断部并非环形地由所属金属层的材料包围。特别地，中断部将金属层中断，使得在金属层的材料之内在中断部之上不存在贯通的连接。

根据至少一个实施方式，通过至少一个金属层的结构化部由于所参与的材料、尤其半导体层序列和/或接触接片的材料的不同的热膨胀系数减小半导体层序列和/或接触接片的应力。这种应力例如通过半导体激光器在温度变化时扭曲表现出来。特别地，不同的金属层能够在没有结构化部的情况下起到在温度变化时扭曲的双金属作用。与没有金属层中的至少一个金属层的这种结构化部的相同的半导体激光器相比，减少了在温度变化时的弯曲。

在至少一个实施方式中，边缘发射的半导体激光器包括半导体层序列，所述半导体层序列具有用于产生辐射的至少一个有源区。电的接触接片处于半导体层序列的上侧上。接触接片仅在一个电接触区域中施加在上侧上或仅在该接触区域中与上侧电接触。有源区在运行时仅局部地被通电。接触接片包括多个金属层，所述金属层彼此上下堆叠地设置。金属层中的至少一个金属层设有结构化部，使得所述金属层仅部分地覆盖接触区域并且具有至少一个开口和/或中断部。通过所述结构化部，由于金属层和/或半导体层序列的不同的热膨胀系数减小半导体层序列和/或接触接片的应力。

为了将边缘发射的半导体激光二极管例如与所谓的脊波导或还有增益引导的激光器电接触，通常施加不同的能导电的层、尤其金属层的层堆。所述层通常既在内部也相对于彼此张紧，这尤其在温度变化时表现出来。对于接触的半导体层序列在正常情况下也存在不匹配进而存在应力。该应力在半导体激光器运行时和/或在其热处理时会引起组件性能变差。在极端情况下，在相关的层中能够出现裂纹或者会发生脱层。

为了减少这种应力能够成形温度稳定的接触接片或能够选择引起最小应力的层和材料。然而通常，这也引起半导体激光器的效率较低。也通过相应的热处理能够减小应力，其中这同样能够引起半导体激光器的功率降低。

相反，在此处描述的半导体激光器中以结构化的方式施加接触接片的一个或多个层。所述层在内部彼此较少地张紧。这例如引起半导体激光器的功率参数的温度稳定性提高，尤其引起更低的正向电压。除了温度相关性之外，正向电压可能也已经能够仅由于存在强的张紧的层而提高，这能够通过在此描述的接触接片避免或降低。

根据至少一个实施方式，半导体层序列具有脊波导，英文也称为ridgewaveguide。脊波导通过其几何形状在半导体激光器运行时引起关于将在有源区的区域中要产生的激光辐射进行波导和/或电流限制。脊波导尤其通过从半导体层序列中去除材料来成形。在此，有源区本身优选不涉及该材料去除。

根据至少一个实施方式，半导体层序列基于材料体系alingan。在运行中产生的激光辐射的波长因此优选位于紫外或蓝色光谱范围中，例如为至少300nm或360nm或380nm和/或最高为550nm或540nm或500nm或480nm或440nm。特别地，发射波长为大约405nm。

根据至少一个实施方式，接触接片的金属层中的至少一个金属层或多个金属层完全地覆盖接触区域。特别地，脊波导完全地由相关的金属层覆盖。作为替代方案，接触区域和/或脊波导的轮不具有相关的金属层。术语边缘例如涉及具有脊波导的和/或接触区域的总长度和/或总宽度的最高15％或10％或5％或2％的宽度的区域。

根据至少一个实施方式，设有结构化部的金属层沿着接触区域的和/或脊波导的纵向扩展和/或横向扩展的至少60％或70％或80％或90％延伸。换言之，设有结构化部的金属层能够基本上在整个接触区域之上延伸，即纵向和横向延伸。

根据至少一个实施方式，设有结构化部的金属层的材料覆盖接触区域的至少30％或40％或50％或60％和/或最高95％或90％或80％。换言之，接触区域的绝大部分能够被结构化的金属层覆盖。

根据至少一个实施方式，设有结构化部的金属层用于横向电流限制。这能够表示：电流仅穿过所述金属层的材料馈入半导体层序列中。换言之，通过结构化的金属层本身限制电流馈入的横截面。

根据至少一个实施方式，电流穿过至少一个开口和/或至少一个中断部馈入半导体层序列中。在该情况下可行的是：在接触区域和/或接触接片的整个面之上沿垂直于表面的方向穿过接触接片实现电通流。优选地，在该情况下，也穿过结构化的金属层沿垂直于上侧的方向实现电通流。

根据至少一个实施方式，设有结构化部的金属层与半导体层序列直接接触。于是，相应的金属层接触半导体层序列，尤其接触半导体层序列的高掺杂的接触层。

根据至少一个实施方式，接触接片包含设有结构化部的金属层，所述金属层与半导体层序列间隔开。相关的金属层不接触半导体层序列。如果存在多个结构化的金属层，那么所述结构化的金属层中的一个能够接触半导体层序列，并且另一金属层与半导体层序列和/或与另一结构化的金属层间隔开。

根据至少一个实施方式，结构化部具有横向地彼此伸展的主方向。例如，结构化部关于接触接片的主延伸方向包括纵向条和横向条。横向地彼此伸展的结构化部能够存在于唯一的金属层中或者也分布到接触接片的两个或大于两个金属层上。具有横向地彼此伸展的结构化部的相应的金属层能够直接彼此相随并且接触或者彼此间隔开地安置在接触接片中。

根据至少一个实施方式，接触接片包括两个或多于两个结构化的金属层。结构化的金属层能够在背离上侧的方向上直接彼此相随或者彼此间隔开。所述金属层能够具有在结构化部方面相同的类型和相同的基本图案。通过所述金属层对接触区域的覆盖度能够分别是相同的或变化的。例如，通过相关的金属层对接触区域的覆盖度朝背离上侧的方向增大或减小。

根据至少一个实施方式，设有结构化部的金属层是接触接片的具有最小热膨胀系数的金属层。例如，所述金属层由铂、钯和/或钽成形。

根据至少一个实施方式，设有结构化部的金属层具有关于接触接片的总厚度相对小的厚度。因此，结构化的金属层的厚度优选为接触接片的总厚度的最高40％或15％或5％。替选地或附加地，所述厚度为总厚度的至少2％或5％或20％。

根据至少一个实施方式，结构化的金属层、尤其全部结构化的金属层具有至少25nm或40nm或100nm的厚度。替选地或附加地，所述厚度最高为1200nm或1000nm或800nm或400nm或200nm或150nm。所述厚度数据能够适用于每个单独的结构化的金属层和/或结构化的金属层全体。

根据至少一个实施方式，结构化的金属层至少部分地划分成金属条。金属条优选沿着或横向于接触区域延伸。相应的金属层的全部金属条优选由相同的材料成形并且分别彼此间隔开。此外，全部金属条优选处于平行于半导体层序列的上侧的相同的平面中。

根据至少一个实施方式，对于金属条的数量n和对于接触区域的宽度b适用如下关系中的一个或多个：0.1≤n/b或0.2≤n/b或0.4≤n/b，n/b≤1或n/b≤1.5μm或n/b≤2，0.1μm≤b或0.8μm≤b或1.5μm≤b，b≤5μm或b≤3μm或b≤1.5μm。在项n/b中，宽度b以无量纲的方式说明，数值对应于以μm为单位的说明。

根据至少一个实施方式，设有结构化部的金属层划分成结构元件。在俯视图中观察，结构元件尤其具有h形的、t形的、v形的、圆形的、矩形的或十字形的造型。结构元件尤其设置成规则图案，例如设置成六边形的、三角形的或矩形的图案。对于结构元件的数量和平均直径的商优选相应地适用针对金属条在更上文对于商n/b的详述内容。

根据至少一个实施方式，结构元件具有如下平均直径，所述平均直径至少为0.1μm或1μm或2μm和/或最高为50μm或30μm或10μm或5μm。替选地或附加地，在相邻的金属条和/或结构元件之间的间距为最小0.1μm或1μm或3μm和/或最高为25μm或10μm或5μm。

根据至少一个实施方式，半导体层序列的形成上侧的电接触层同样设有结构化部。接触层的所述结构化部能够刚好如所属的金属层的结构化部那样构成并且也能够构成为所述金属层的阴模。接触层优选为半导体层序列的高掺杂的层、尤其为最高掺杂的层。

根据至少一个实施方式，接触接片包括刚好两个、三个、四个、五个、六个或七个金属层。换言之，存在相对少数量的金属层。

根据至少一个实施方式，接触接片的距半导体层序列最远的金属层是贯通的未结构化的和/或连贯的层。所述金属层优选完全地覆盖接触区域。所述金属层的背离上侧的面优选平面地构成。

根据至少一个实施方式，设有结构化部的金属层中的开口和/或中断部完全地或部分地通过金属或通过半导体材料填充。替选地，开口和/或中断部也能够通过介电的、电绝缘的材料填充。

根据至少一个实施方式，设有结构化部的金属层的背离半导体层序列的一侧平面地成形立即且直接位于其后的金属层。换言之，能够通过该直接放置在结构化的金属层上的金属层实现平坦化。

根据至少一个实施方式，开口和/或中断部完全地通过填充材料填充。填充材料优选不是欧姆导电的。特别地，填充材料为半导体材料，为氮化物、即例如si3n4或al3n4，为氧化物、如二氧化硅、氧化铝、氧化钽、氧化锌、氧化锆、氧化铪、为氮氧化硅、如sion、为alon或也为类似金刚石的碳、简称dlc，即类金刚石碳。

根据至少一个实施方式，半导体层序列包括如下提出的材料中的一种或多种作为形成晶格的材料：gan、ingan、algan、inalgan、gaas、gap、si、sic、ge。除了半导体层序列之外，也能够由所述材料之一形成用于半导体层序列的载体、例如生长衬底。

根据至少一个实施方式，金属层中的至少一个或全部金属层各自由下文详述的材料中的一种或多种形成：铂、钯、铑、镍、金、钛、铝、银、导电氧化物如ito或zno、半导体材料。因此，存在导电层、尤其欧姆导电层。

参考文献m.a.moram等著的reportsonprogressinphysics,2009年,文章“x-raydiffractionofiii-nitrides”,第72期,第036502页以及之后，致力于经由材料曲率测量应力，尤其参见章节3.7.2。该文献的公开内容、尤其章节3.7.2通过参引的方式并入本文。

附图说明

在下文中，参照附图根据借助于实施例详细阐述这里所描述的边缘发射的半导体激光器。在此，相同的附图标记在各个附图中说明相同的元件。然而，在此不以合乎比例的关系示出，更确切地说，为了更好的理解能够夸大地示出各个元件。

附图示出：

图1至7示出在此描述的边缘发射的半导体激光器的实施例的示意剖面图，和

图8示出边缘发射的半导体激光器的实施例的在此描述的结构化的金属层的示意俯视图。

具体实施方式

在图1中示出半导体激光器1的实施例。半导体激光器1为边缘发射的激光器。半导体激光器1中的模式导引和发射方向因此垂直于图1的绘图平面进行。

半导体激光器1包括半导体层序列2。在具有第一多数载流子类型的第一半导体区域21和具有第二多数载流子类型的第二半导体区域23之间存在用于产生辐射、尤其用于产生光的有源区22。半导体层序列2优选基于材料体系alingan。在该情况下，第一半导体区域21优选是n型掺杂的并且第二半导体区域23相应地是p型掺杂的。

将脊波导5、也称作为条形波导或脊形波导、英文ridgewaveguide成形到半导体层序列2中。通过脊型波导5进行在半导体层序列2中的光学模式导引。

此外，半导体层序列2包括接触层24。接触层24优选是高掺杂的。此外，接触层24构成半导体层序列2的上侧20。通过接触层24上的上侧20形成具有宽度b的电接触区域30。根据半导体激光器是否为单模式激光器或多模式激光器，宽度b尤其为至少0.2μm和/或最高20μm或200μm。半导体层序列2的生长方向g平行于绘图平面和垂直于有源区22取向。上侧20优选与半导体激光器1的未绘出的载体相对置。

此外，半导体激光器1具有电接触接片3。接触接片3由多个层31、32、33、34形成。层31、32、33、34是欧姆导电的并且优选各由金属或金属合金构成。层31、32、33、34至少部分地由彼此不同的材料制成并且沿着生长方向g上下堆叠地设置。

第一金属层31直接处于上侧20上并且完全地覆盖脊波导5中的上侧20。第二金属层32设有结构化部4并且仅部分地覆盖第一金属层31。第三金属层33处于第二金属层32之上，所述第三金属层完全地包覆结构化部4。第三金属层33的背离半导体层序列2的一侧平面地成形。最后，第四金属层34整面地处于第三金属层33上并且覆盖所述第三金属层。半导体激光器1的其他层、如钝化层或电输入导线为了简化视图而未被示出，同样省略地还有金属载体或热沉。

第一金属层31例如为厚度50nm的钯层。结构化的第二金属层32例如由厚度100nm的钛形成。第三金属层33具有200nm的厚度并且由铂成形。第四金属层34例如构成用于借助焊接接触并且具有相对大的厚度，尤其超过接触接片3的总厚度的50％。例如，第四金属层34由厚度1μm的金成形，如这也能够在全部其他实施例中适用。可选地，能够与所提及的厚度偏差直至50％。

对于在横截面中观察结构化部4的结构元件的数量和以μm计无量纲地说明的脊波导的宽度b的比例优选适用的是：所述比例为大约0.5。结构化部4的在相邻元件之间的间距优选大于0.1μm和/或小于5μm，尤其大约0.5μm。结构化部4的结构元件的宽度为至少10nm和/或最高5μm、尤其为大约2μm。

如在图2中示出的半导体激光器1为所谓的增益引导的激光器。换言之，图2的半导体激光器1能够为所谓的氧化物条激光器。在这种情况下，半导体层序列2不具有脊波导进而在激光活跃区域中未被结构化。电接触区域30通过接触接片3限定。此外，图2的实施例对应于图1的实施例。

在图3的实施例中，第二和第三金属层32、33分别设有相同类型的结构化部4a、4b，其中所述金属层直接彼此相随。在远离半导体层序列2的方向上，通过结构化部4a、4b对接触区域30的覆盖度降低。结构化部4a、4b之间的区域完全地通过第四金属层34填充。最上方的、第五金属层34又被平面地成形。此外，关于图1的论述内容优选相应地适用。

与图3中的视图不同地也可行的是：在两个结构化的金属层32、33之间存在另一连通的和/或未结构化的金属层。

在图4的实施例中，结构化的第二金属层32处于两个平面平行的或近似平面平行的金属层31、33之间。横向地在第二金属层32的结构化部4旁边的区域用填充材料6部分或完全地填充。填充材料6例如通过另一金属或通过介电材料或还通过半导体材料形成。替选地可行的是：完全地没有填充材料6，使得保留抽真空的空隙或存在气体填充的中间区域。

在图5的实施例中，第一金属层31直接地在半导体层序列2处结构化。同样地，接触层24被结构化。在此，第一金属层31为接触层24的几何形状的阴模。

在图6中示出，结构化的第一金属层31直接处于半导体层序列2上。第二金属层32在此完全地包覆具有结构化部4的第一金属层31。如图1至5或7的实施例中示出的结构化的金属层也能够分别直接安置在半导体层序列2上。

如也在全部其他实施例中，半导体层序列2的电接触层24也是可选的。接触接片3因此能够各直接地安置在第二半导体区域23上。

在图7的实施例中示出，存在于结构化的金属层32之上的另外的金属层33、34至少部分地仿照结构化部4的形状。因此，结构化部4也同样部分地延续到跟随实际结构化的金属层32之后的金属层32、34中。相应的内容也能够在全部其他实施例中是适用的。

尤其如结合图1示出的那样，在图8a中示出半导体激光器1的俯视图。接触接片3仅处于脊波导5上。与其不同，接触接片3也能够施加在半导体层序列2的其他区域上，其中在所述其他区域中于是在半导体层序列2和接触接片3之间存在电绝缘层。接触接片3的纵向扩展l优选等于或近似等于半导体层序列2沿着谐振器轴线的纵向扩展。纵向扩展l例如为至少50μm或200μm和/或最高为2mm或0.5mm或1.5mm。接触接片3也能够比脊波导5更窄和/或更短。

在图8b至8i中示意地示出示例性的两个金属层32的不同的结构化部4。所示出的结构化部4也能够相应地应用于全部其他金属层31、33、34、35，并且各在图1至7的实施例中使用。

根据图8b示出贯穿平行的金属条44的结构化部4，所述金属条通过贯通的中断部42彼此分开。金属条44以均匀的厚度施加，如这也能够适用于全部其他结构化部4。金属条44垂直于纵向扩展l和平行于宽度b延伸。

根据图8c存在矩形的结构元件43，所述结构元件类似于划分的纵向条沿着纵轴线l延伸。相邻的结构元件43通过中断部42彼此分开。与所示出不同，沿着纵向扩展l和宽度b优选存在中断部42的相同的宽度。替选地，中断部42例如能够沿着宽度b设计得更大，如在图8c中示出的。

根据图8d，在俯视图中观察，结构元件43是h形的。在此，结构元件43优选彼此啮合地设置。

根据图8e，在俯视图中观察，结构元件43圆形地构成。与其不同，也能够存在六边形的或三角形的结构元件43，所述结构元件例如设置成六边形图案。

在图8f中示出，结构化部4通过金属条44形成，所述金属条基本上完全地沿着纵向扩展l延伸。优选地，在接触接片3中存在两个结构化的金属层，所述金属层彼此间隔开并且所述金属层中的一个根据图8b构成并且另一个根据图8f构成。

根据图8g，结构化部4通过图8b和8f中的结构元件的组合在唯一的金属层32中实现。通过该图案形成开口41，在俯视图中观察，所述开口环形地由层32的材料包围。

在图8h中示出，结构元件43构成为十字。与图8h中的视图不同，十字形的结构元件43也能够彼此啮合。

在图8i中，在俯视图中观察，结构元件43是棱形或平行四边形的。由此，能够实现借助结构元件43的相对高的覆盖度。

根据图8j和8k，参见图8j沿着宽度b或参见图8k沿着纵向扩展l金属条44的宽度变化。在此，能够存在用金属条44或也用结构元件43参见图8k的在中央或者参见图8j的在边缘处的最大覆盖度。相应的密度梯度也能够在图8c至8e和8g至8i的实施例中出现。与所示出的不同，在俯视图中观察，图8b、8c、8d、8f、8g和8k的金属条44或结构元件43优选不延伸直至接触区域3的外棱边。

在激光二极管中，通常存在强的温度梯度。在耦合输出棱面上，在此通常温度最高。相反，垂直于放射方向，温度在接触接片3的中央处较低。因此，在棱面处和/或在接触接片3的、尤其脊波导5的中央处，较窄的金属条44和/或结构元件43的较小的密度是优选的。图8j和8k的密度梯度也能够彼此组合。

本发明不局限于根据所述实施例进行的描述。更确切地说，本发明包括每个新的特征以及特征的每个组合，这尤其包含专利权利要求中的特征的每个组合，即使所述特征或所述组合本身没有在权利要求或实施例中明确地说明时也是如此。

本专利申请要求德国专利申请102016106949.3的优先权，其公开内容通过参考并入本文。

附图标记列表

1半导体激光器

2半导体层序列

20上侧

21第一半导体区域，尤其n型掺杂的

22用于产生光的有源区

23第二半导体区域，尤其p型掺杂的

24接触层

3电接触接片

30电接触区域

31第一金属层

32第二金属层

33第三金属层

34第四金属层

35第五金属层

4结构化部

41结构化的金属层中的开口/孔

42结构化的金属层中的中断部

43结构元件

44金属条

5脊波导

6填充材料

b电的接触区域的宽度

g半导体层序列的生长方向

l电的接触区域的纵向扩展