具有垂直發(fā)射方向的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器件的制作方法

專(zhuān)利名稱(chēng)：具有垂直發(fā)射方向的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有垂直發(fā)射方向的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器件，該表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器件為了生成激光輻射借助于內(nèi)部光學(xué)諧振器來(lái)設(shè)置。
背景技術(shù)：
特別是公知具有半導(dǎo)體本體的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器件，在這些表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器件的情況下，有針對(duì)性地、例如借助于氧化孔徑(Oxi dat ionsb 1 ende )在半導(dǎo)體本體內(nèi)引導(dǎo)電流路徑，這些氧化孔徑被布置在半導(dǎo)體本體的邊緣區(qū)域中。具有氧化孔徑的半導(dǎo)體激光器例如從出版物“Dependence of lateral oxidation rate on thickness of AlAs-Iayer of interest as a current aperture in vertical-cavity surface-emitting laser structures"(Journal of Applied Physics, Vol. 84, No. 1，1998 年 7 月 1 日)中公知。在半導(dǎo)體層中構(gòu)造的氧化孔徑分別具有橫向的伸展，其中通常地各個(gè)半導(dǎo)體層中的氧化孔徑的橫向伸展大致大小相等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所基于的任務(wù)是，說(shuō)明一種表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器件，該表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器件具有改進(jìn)的器件特性，特點(diǎn)尤其是在于氧化孔徑的橫向伸展的改進(jìn)的可再現(xiàn)性并且同時(shí)展示出改進(jìn)的氧化均勻性。該任務(wù)特別是通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器件來(lái)解決。該器件的有利的實(shí)施方式和優(yōu)選的擴(kuò)展方案是從屬權(quán)利要求的主題。根據(jù)本發(fā)明提供一種具有垂直的發(fā)射方向的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器件， 該表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器件包括半導(dǎo)體本體，該半導(dǎo)體本體具有第一諧振器鏡 (Resonatorspiegel)、第二諧振器鏡以及適用于生成輻射的活性區(qū)。第一諧振器鏡具有交替堆疊的第一成分的第一層和第二成分的第二層。第一層具有氧化區(qū)域。另外，至少第一層分別包含摻雜物質(zhì)，其中第一層的至少一層具有與其他第一層的摻雜物質(zhì)濃度不同的摻雜物質(zhì)濃度。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，層的成分通過(guò)在該層中包含的元素及其標(biāo)稱(chēng)的(即在生長(zhǎng)過(guò)程期間或者之后的組成監(jiān)視的準(zhǔn)確性的范圍內(nèi))化學(xué)計(jì)算法來(lái)定義，其中未將摻雜物質(zhì)和污染物考慮近來(lái)?；瘜W(xué)計(jì)算法通過(guò)層中各個(gè)元素的含量(份額)來(lái)給出。所述表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器件是具有垂直諧振器的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器 (VCSEL =Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，垂直腔面發(fā)射激光器)。尤其是該器件的主輻射方向垂直于半導(dǎo)體本體的半導(dǎo)體層的主延伸面。
該半導(dǎo)體激光器件被提供用于借助于內(nèi)部光學(xué)諧振器來(lái)生成激光輻射。第一諧振器鏡、第二諧振器鏡以及活性區(qū)分別具有橫向的主延伸軸。半導(dǎo)體本體的電流路徑通過(guò)氧化孔徑受到限制。氧化孔徑例如通過(guò)第一諧振器鏡的第一層中的氧化區(qū)域產(chǎn)生。為此，諧振器鏡的層——這些層優(yōu)選包含AlxGai_xAs，其中 0. 95 ^ X ^ 1——尤其是通過(guò)氧化過(guò)程被橫向氧化。尤其是半導(dǎo)體本體的邊緣區(qū)域中的層被氧化。由于所述氧化過(guò)程，這些區(qū)域中的層失去導(dǎo)電性。由此，可以有利地局部限制流過(guò)半導(dǎo)體本體的電流。尤其是，半導(dǎo)體本體在邊緣區(qū)域中幾乎不具有電流，或者具有至少比在非氧化區(qū)域中小的電流。泵浦電流密度由于所述氧化孔徑而優(yōu)選在半導(dǎo)體本體的中央?yún)^(qū)域中比在半導(dǎo)體本體的邊緣區(qū)域中大。泵浦電流密度可以主要具有準(zhǔn)高斯形的輪廓(Profil)，該準(zhǔn)高斯形的輪廓在中央?yún)^(qū)域中具有最大值，其中從該最大值出發(fā)在中央?yún)^(qū)域中具有比較平坦的邊沿而在邊緣區(qū)域中具有變得陡峭的邊沿。第一諧振器鏡的層、優(yōu)選至少第一層，分別包含摻雜物質(zhì)，其中第一層的至少一層具有與其他第一層的摻雜物質(zhì)濃度不同的摻雜物質(zhì)濃度。因此，諧振器鏡的第一層尤其是具有至少兩個(gè)層，這兩個(gè)層的摻雜物質(zhì)濃度不同。 另外的第一層可以基本上具有與所述至少兩個(gè)層之一相同的摻雜物質(zhì)濃度。所述摻雜物質(zhì)濃度影響第一諧振器鏡的第一層中的氧化過(guò)程，尤其是氧化區(qū)域中的橫向伸展。第一諧振器鏡的第一層中的摻雜物質(zhì)濃度優(yōu)選被構(gòu)造為使得氧化區(qū)域具有所規(guī)定的橫向伸展。因此，借助于第一諧振器鏡的第一層中的摻雜物質(zhì)濃度，可以確定這些層中的氧化區(qū)域的橫向伸展。由此，有利地實(shí)現(xiàn)了第一諧振器鏡的第一層中的氧化區(qū)域的橫向伸展的良好的可再現(xiàn)性。因此，主要器件特性——例如串聯(lián)電阻、使用電壓、閾值電流和效率——可以根據(jù)第一層中的摻雜物質(zhì)濃度而有利地受到影響。另外，可以通過(guò)對(duì)第一諧振器鏡的第一層中的摻雜物質(zhì)濃度的有針對(duì)性地調(diào)整來(lái)改進(jìn)氧化均勻性。通過(guò)第一諧振器鏡的第一層中的改進(jìn)的氧化均勻性，有利地進(jìn)一步地改進(jìn)了半導(dǎo)體激光器件的器件特性。在一個(gè)優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，所述至少一層——該層具有與其他第一層的摻雜物質(zhì)濃度不同的摻雜物質(zhì)濃度——的氧化區(qū)域具有與其他第一層的橫向伸展不同的橫向伸展。所述至少一層的氧化區(qū)域的橫向伸展優(yōu)選與其他第一層的氧化區(qū)域的橫向伸展相差至少1 μ m。所述第一層優(yōu)選具有兩個(gè)層，這兩個(gè)層在摻雜物濃度方面與其他第一層不同。特別優(yōu)選地，這兩個(gè)層的摻雜物質(zhì)濃度也相互不同。在該情況下，第一層包含具有第一摻雜物質(zhì)濃度的一個(gè)層、具有第二摻雜物質(zhì)濃度的另一個(gè)層、以及分別具有第三摻雜物質(zhì)濃度的其他層。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述兩個(gè)層中的一層的摻雜物質(zhì)濃度是兩個(gè)層中的另一層的摻雜物質(zhì)濃度的至少1. 5倍高。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，兩個(gè)層中的一層的摻雜物質(zhì)濃度大于1018cnT3。特別優(yōu)選地，兩個(gè)層中的一層的摻雜物質(zhì)濃度處于2X IO18CnT3與6X IO18CnT3之間的范圍內(nèi)。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，兩個(gè)層中的另一層的摻雜物質(zhì)濃度小于1018cnT3。特別優(yōu)選地，兩個(gè)層中的另一層的摻雜物質(zhì)濃度處于3X IO17CnT3與7X IO17CnT3之間的范圍內(nèi)。在一個(gè)優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，其摻雜物質(zhì)濃度不同的兩個(gè)層的氧化區(qū)域的橫向伸展具有與其他第一層的橫向伸展不同的橫向伸展。第一諧振器鏡內(nèi)的相同成分的兩個(gè)層中的不同摻雜物質(zhì)濃度適于使這些層的氧化區(qū)域的伸展盡可能好地適應(yīng)于所給出的要求。尤其是，對(duì)第一諧振器鏡的第一層的所給出要求不在整個(gè)橫向伸展上相同，例如因?yàn)榱鬟^(guò)半導(dǎo)體本體的電流應(yīng)當(dāng)被限制到中央?yún)^(qū)域。利用在第一諧振器鏡的第一層上不恒定的摻雜物質(zhì)濃度以及因此第一層的氧化區(qū)域的不同的橫向伸展，可以適應(yīng)于該事實(shí)。在一個(gè)優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，其摻雜物質(zhì)濃度不同的兩個(gè)層的氧化區(qū)域具有不同的橫向伸展。在該情況下，第一諧振器鏡的第一層包含具有第一橫向伸展的氧化區(qū)域的一個(gè)層、具有第二橫向伸展的氧化區(qū)域的另一個(gè)層、以及分別具有第三橫向伸展的氧化區(qū)域的其他層。這樣構(gòu)造的第一諧振器鏡有利地通過(guò)第一諧振器鏡并且因此通過(guò)半導(dǎo)體本體局部地限制電流。尤其是可以利用其氧化區(qū)域的橫向伸展相互不同并且與另外的第一層不同的兩個(gè)層既將電流基本上限制于半導(dǎo)體本體的中央?yún)^(qū)域，也減少第一諧振器鏡的第一層內(nèi)的橫向電流擴(kuò)張。橫向電流擴(kuò)張的減少可以在該情況下借助于所述另外的層的氧化區(qū)域的第二橫向伸展來(lái)實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，其摻雜物質(zhì)濃度不同的所述兩個(gè)層中的一層的氧化區(qū)域的橫向伸展是這兩個(gè)層中的另一層的氧化區(qū)域的橫向伸展的至少2倍大。在半導(dǎo)體激光器件的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，第一層的氧化區(qū)域分別具有如下的橫向伸展該橫向伸展除了具有不同的摻雜物質(zhì)濃度的所述兩個(gè)層之外具有小于200nm的偏差。因此，除了具有不同的摻雜物質(zhì)濃度的所述兩個(gè)層之外，第一層具有類(lèi)似的、基本上相同的摻雜物質(zhì)濃度，并且因此具有類(lèi)似的、基本上相同的氧化區(qū)域橫向延伸。在半導(dǎo)體激光器件的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器件是電泵浦的半導(dǎo)體激光器件。優(yōu)選地，活性區(qū)具有活性層。該活性層具有pn結(jié)、雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)、單重量子阱結(jié)構(gòu)(SQW，single-quantum-well,單重量子阱)或者多重量子阱結(jié)構(gòu) (MQW, multi-quantum-well,多重量子阱)以用于生成輻射。在此，名稱(chēng)“量子阱結(jié)構(gòu)”不表明量化的維數(shù)方面的任何含義。因此，該名稱(chēng)“量子阱結(jié)構(gòu)”特別是包括量子槽、量子線(xiàn)和量子點(diǎn)以及這些結(jié)構(gòu)中的每種組合。所述半導(dǎo)體本體優(yōu)選是半導(dǎo)體芯片。特別優(yōu)選地，該半導(dǎo)體本體是薄膜半導(dǎo)體芯片。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，半導(dǎo)體芯片可以看作為薄膜半導(dǎo)體芯片，在其制造期間，生長(zhǎng)襯底被剝落下來(lái)，在該生長(zhǎng)襯底上例如外延地生長(zhǎng)包括薄膜半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體本體的半導(dǎo)體層序列。該半導(dǎo)體芯片分別可以與載體襯底連接，該載體襯底與用于半導(dǎo)體本體的半導(dǎo)體層序列的生長(zhǎng)襯底不同。該載體襯底有利地不經(jīng)受比較高的要求，所述要求必須例如在晶體結(jié)構(gòu)方面滿(mǎn)足生長(zhǎng)襯底。因此，對(duì)于載體襯底的材料的選擇來(lái)說(shuō)，存在比對(duì)于生長(zhǎng)襯底的材料的選擇更多的材料可用。因此，可以在有利的特性——例如更高的導(dǎo)熱性和/或?qū)щ娦浴矫姹容^自由地選擇載體襯底。這樣的載體襯底例如可以包含與生長(zhǎng)襯底不同的半導(dǎo)體材料或者金屬，和/或可以被構(gòu)造為熱沉。優(yōu)選地，半導(dǎo)體本體基于氮化物、磷化物或者砷化物化合物半導(dǎo)體?！盎诘?、 磷化物或者砷化物化合物半導(dǎo)體”在本上下文中表示，活性外延層序列或者其至少一層包括成分為工?。×^^^？^??！^^^^！…或LxGayAl1TyAs的III/V族半導(dǎo)體材料，其中分別有 0彡χ彡1，0彡y彡1并且χ + y彡1。在一個(gè)優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，其摻雜物質(zhì)濃度不同的兩個(gè)層具有不同的厚度。由于兩個(gè)層的不同的摻雜物質(zhì)濃度，優(yōu)選可以有針對(duì)性地影響氧化區(qū)域的橫向伸展。附加地可以借助于兩個(gè)層的不同厚度有針對(duì)性地影響氧化區(qū)域的橫向伸展。優(yōu)選地，兩個(gè)層的摻雜物質(zhì)濃度以及厚度被調(diào)整為使得得出兩個(gè)層的氧化區(qū)域的所期望的橫向伸展。所述氧化區(qū)域優(yōu)選布置在半導(dǎo)體本體的邊緣區(qū)域中。由此有利地對(duì)電流進(jìn)行局部限制。尤其是，半導(dǎo)體本體的邊緣區(qū)域中的導(dǎo)電性小。第一和第二諧振器鏡優(yōu)選具有交替堆疊的層，其中這些交替堆疊的層尤其是具有不同的折射率。第一和第二諧振器鏡優(yōu)選被構(gòu)造為布拉格鏡(Bragg-Spiel)。第一諧振器鏡可以被構(gòu)造為用于來(lái)自諧振器的輻射的輸出耦合鏡，并且對(duì)此優(yōu)選具有比第二諧振器鏡小的反射率。在活性區(qū)中所生成的輻射可以在第一諧振器鏡與第二諧振器鏡之間被反射為使得在諧振器中構(gòu)造了用于通過(guò)在活性區(qū)中所感應(yīng)的發(fā)射來(lái)生成相干輻射(激光輻射)的輻射場(chǎng)，該相干輻射可以通過(guò)輸出耦合鏡、優(yōu)選第一諧振器鏡從諧振器中被輸出耦合。在一個(gè)優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，第一諧振器鏡具有交替堆疊的AlAs層或者AWaAs層和GaAs層。第一層優(yōu)選包含AlxGivxAs,其中分別有0.8彡χ彡1。特別優(yōu)選地，第一層包含 AlxGivxAs,其中分別有0. 95彡χ彡1。第二層優(yōu)選包含AlyGai_yAs，其中分別有0彡y彡0. 5， 特別優(yōu)選地分別有0彡y < 0. 2。在一個(gè)優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，第一諧振器鏡具有交替堆疊的第一層和第二層，其中分別在第一層和第二層之間布置過(guò)渡層。該過(guò)渡層優(yōu)選具有鋁含量，該鋁含量處于第一層的鋁含量與第二層的鋁含量之間。在此，過(guò)渡層可以?xún)?yōu)選具有垂直于該過(guò)渡層的橫向伸展而變化的鋁含量，例如拋物線(xiàn)狀地、線(xiàn)狀地或者階梯狀地升高的或降低的鋁含量。在另一優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，第一層的至少一層的鋁含量與其他第一層的鋁含量不同，所述第一層的至少一層具有與其他第一層的摻雜物質(zhì)濃度不同的摻雜物質(zhì)濃度。優(yōu)選地，該第一層具有兩個(gè)層，這兩個(gè)層在摻雜物質(zhì)濃度方面與其他第一層不同并且特別優(yōu)選地在摻雜物質(zhì)濃度方面相互不同，其中這兩個(gè)層的鋁含量與其他第一層的鋁含量不同。特別優(yōu)選地，這兩個(gè)層的鋁含量高于其他第一層的鋁含量。特別優(yōu)選地，這兩個(gè)層的鋁含量也相互不同。在該情況下，第一層包含具有第一鋁含量的一個(gè)層、具有第二鋁含量的另一個(gè)層、以及分別具有第三鋁含量的其他層。在一個(gè)優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，具有與其他第一層的摻雜物質(zhì)濃度不同的摻雜物質(zhì)濃度的所述兩個(gè)層的氧化區(qū)域的橫向伸展通過(guò)這兩個(gè)層的不同的摻雜物質(zhì)濃度、通過(guò)這兩個(gè)層的不同的厚度、以及附加地通過(guò)這兩個(gè)層的不同的鋁含量有針對(duì)性地受到影響。優(yōu)選地，這兩個(gè)層的摻雜物質(zhì)濃度、厚度以及鋁含量被調(diào)整為使得得出這兩個(gè)層的氧化區(qū)域的所期望的橫向伸展。在一個(gè)優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，第一諧振器鏡的其摻雜物質(zhì)濃度不同的至少一個(gè)層分別具有P型摻雜。特別優(yōu)選地，該至少一個(gè)層具有碳摻雜。第二諧振器鏡的層優(yōu)選分別具有η型摻雜。優(yōu)選地，僅僅第一諧振器鏡具有氧化區(qū)域。已經(jīng)令人意外地展示出，第二諧振器鏡的層的摻雜物質(zhì)濃度的高度影響第一諧振器鏡的第一層的氧化區(qū)域的橫向伸展。第二諧振器鏡中的高的摻雜物質(zhì)濃度導(dǎo)致第一諧振器鏡的第一層的氧化區(qū)域的非常小的橫向伸展。已經(jīng)展示出，該效應(yīng)與第二諧振器鏡的所使用的摻雜物質(zhì)無(wú)關(guān)。因此，第一層中的氧化區(qū)域的伸展與整個(gè)半導(dǎo)體本體的摻雜輪廓有關(guān)。因此，氧化過(guò)程與第二諧振器鏡的層的摻雜物質(zhì)濃度和第一諧振器鏡的第一和第二層的摻雜物質(zhì)濃
度有關(guān)。通過(guò)對(duì)第一諧振器鏡的第一層的摻雜物質(zhì)濃度的有針對(duì)性地調(diào)整，在第一層的氧化區(qū)域的所期望的橫向伸展的情況下，第二諧振器鏡的摻雜物質(zhì)濃度可以有利地保持不變。第二諧振器鏡中的摻雜物質(zhì)濃度的示例性下降不是必要的，由此有利地不需要不利地改變總的摻雜輪廓。因此，氧化區(qū)域的橫向伸展的改進(jìn)的可再現(xiàn)性和改進(jìn)的氧化均勻性是有利地可能的。一種用于制造表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器件的方法尤其是包括下列步驟
在生長(zhǎng)襯底上外延地生長(zhǎng)半導(dǎo)體本體，該半導(dǎo)體本體包括第一諧振器鏡、第二諧振器鏡以及為生成輻射所設(shè)置的活性區(qū)，其中第一諧振器鏡具有交替堆疊的第一成分的第一層和第二成分的第二層，其中在生長(zhǎng)期間至少一種摻雜物質(zhì)被引入到第一層中，其中第一層的至少一層具有與其他第一層的摻雜物質(zhì)濃度不同的摻雜物質(zhì)濃度，并且
借助于氧化過(guò)程部分地氧化第一層，使得產(chǎn)生氧化區(qū)域，這些氧化區(qū)域分別具有橫向伸展。該方法的有利的擴(kuò)展方案類(lèi)似于半導(dǎo)體激光器件的有利擴(kuò)展方案得出，以及相反。優(yōu)選地，第一諧振器鏡的第一層的摻雜物質(zhì)濃度在第二諧振器鏡的層的預(yù)先給定的摻雜物質(zhì)濃度的情況下被調(diào)整為使得第一層的氧化區(qū)域具有所期望的橫向伸展。第二諧振器鏡的層的摻雜物質(zhì)濃度可以在這種情況下被預(yù)先給定，而第一諧振器鏡的第一層的摻雜物質(zhì)濃度根據(jù)氧化區(qū)域的所規(guī)定的橫向伸展來(lái)調(diào)整。通過(guò)對(duì)第一諧振器鏡的第一層的摻雜物質(zhì)濃度的有針對(duì)性地調(diào)整，可以有利地控制氧化過(guò)程，而無(wú)需在此在半導(dǎo)體本體的其余層的摻雜輪廓中進(jìn)行干預(yù)。


該表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器件的和用于其制造的方法的另外的特征、優(yōu)點(diǎn)、優(yōu)選擴(kuò)展方案和適宜性從在下面結(jié)合圖1至3所闡述的實(shí)施例中得出。圖IA示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器件的第一實(shí)施例的示意性橫截面， 圖IB示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器件的另一實(shí)施例的示意性橫截面，圖2示出來(lái)自圖1的根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器件的示意性片段，以及圖3示出具有第一層的氧化區(qū)域的伸展的圖，該第一層相對(duì)于第二諧振器鏡的摻雜物質(zhì)濃度被涂敷。
具體實(shí)施例方式相同的或者作用相同的組件分別配備有相同的附圖標(biāo)記。所示組件以及組件相互之間的大小關(guān)系不必看作為按照比例的。在圖IA中示出表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器件，該表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器件具有垂直的發(fā)射方向7并且為了生成激光輻射借助于內(nèi)部光學(xué)諧振器來(lái)設(shè)置。在襯底1上布置有具有第一諧振器鏡2、第二諧振器鏡4以及活性區(qū)3的半導(dǎo)體本體。第一諧振器鏡2具有分別交替堆疊的第一成分的第一層加和第二成分的第二層2b。 第二諧振器鏡4同樣具有交替堆疊的層^、4b。活性區(qū)3具有為生成輻射所設(shè)置的活性層 31。第一諧振器鏡2、活性區(qū)3和第二諧振器鏡4分別具有橫向的主延伸方向。半導(dǎo)體本體優(yōu)選被構(gòu)造為半導(dǎo)體芯片，特別優(yōu)選地被構(gòu)造為薄膜半導(dǎo)體芯片。襯底1可以由生長(zhǎng)襯底或者半導(dǎo)體本體的生長(zhǎng)襯底的部件構(gòu)成，在該生長(zhǎng)襯底或者該生長(zhǎng)襯底的部件上首先生長(zhǎng)第二諧振器鏡4并且隨后是活性區(qū)3，優(yōu)選外延地生長(zhǎng)?？商鎿Q地，襯底1可以與半導(dǎo)體本體的生長(zhǎng)襯底不同。襯底1優(yōu)選被構(gòu)造為η型導(dǎo)通的。活性區(qū)3的活性層31優(yōu)選具有ρη結(jié)、雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)、單重量子阱結(jié)構(gòu)或者多重量子阱結(jié)構(gòu)以用于生成輻射。半導(dǎo)體本體優(yōu)選基于氮化物、磷化物或者砷化物化合物半導(dǎo)體。例如，襯底1包含GaAs并且半導(dǎo)體本體基于材料體系MxGayAl1TyAs,其中0彡x，y彡1并且 χ + y ^ I0第二諧振器鏡4布置在活性區(qū)3與襯底1之間，其中第二諧振器鏡4與第一諧振器鏡2 —起形成用于在活性區(qū)3中所生成的輻射的光學(xué)諧振器。第一諧振器鏡4和第二諧振器鏡2優(yōu)選與活性區(qū)3 —起集成在半導(dǎo)體激光器件的半導(dǎo)體本體中。第一諧振器鏡2被構(gòu)造為在諧振器中借助于感應(yīng)的發(fā)射所生成的激光輻射的輸出耦合鏡并且具有比第二諧振器鏡4小的反射率。在活性區(qū)3中所生成的輻射7在垂直方向上從半導(dǎo)體本體中發(fā)射。第一諧振器鏡2和第二諧振器鏡4優(yōu)選分別為布拉格境。第二諧振器鏡4具有多個(gè)半導(dǎo)體層對(duì)^、4b，這些半導(dǎo)體層對(duì)如、仙具有有利地高的折射率差。例如，一個(gè)GaAs層和一個(gè)AlGaAs層構(gòu)成一個(gè)半導(dǎo)體層對(duì)。在圖1A、1B中示意性表明了第二諧振器鏡4中的多個(gè)層對(duì)。第二諧振器鏡4優(yōu)選包括20至30或者更多個(gè)半導(dǎo)體層對(duì)的序列，從中例如得出第二諧振器鏡4對(duì)于激光輻射為99. 8%或更多的總反射率。第一諧振器鏡2具有多個(gè)半導(dǎo)體層對(duì)，這些半導(dǎo)體層對(duì)包括第一成分的第一層加和第二成分的第二層2b，該第一層加和第二層2b具有有利地高的折射率差。第一諧振器鏡2優(yōu)選具有由AlxGai_xAs構(gòu)成的第一層加和由AlyGai_yAs構(gòu)成的第二層沘，其中分別有 0. 8 ≤χ ≤1，優(yōu)選地其中分別有0. 95≤χ≤1，并且其中分別有0≤y≤0. 5，優(yōu)選地其中分別有0 ≤y ≤0. 2。在圖1A、1B中示意性地表明第一諧振器鏡2中的多個(gè)層對(duì)。第一諧振器鏡2的這些層同樣如第二諧振器鏡4和活性區(qū)3的層那樣優(yōu)選外延地制造。
在襯底1的背向半導(dǎo)體本體的那側(cè)上布置有第一接觸層5。該第一接觸層5優(yōu)選包含金屬或者金屬合金。在第一諧振器鏡2的背向活性區(qū)3的那側(cè)上優(yōu)選布置有第二接觸層6。半導(dǎo)體激光器件通過(guò)布置在襯底1的背向半導(dǎo)體本體那側(cè)上的第一接觸層5和布置在半導(dǎo)體本體的與襯底1相對(duì)那側(cè)上的第二接觸層6——該第二接觸層6例如分別包含至少一種金屬—— 被電泵浦?？商鎿Q地，第二接觸層6可以布置在襯底1的背向半導(dǎo)體本體那側(cè)上、尤其是布置在半導(dǎo)體本體的上面布置有第一接觸層5的那側(cè)上(未示出)。在半導(dǎo)體本體的一側(cè)上具有第一和第二接觸層的接觸技術(shù)被專(zhuān)業(yè)人員公知(尤其是倒裝芯片半導(dǎo)體本體)，并且在此處不詳細(xì)闡述。為了在第二接觸層6中避免所發(fā)射的激光輻射被吸收，如在圖IA中所示那樣，第二接觸層6在半導(dǎo)體本體的中央?yún)^(qū)域Dai上被空出并且在半導(dǎo)體本體的邊緣區(qū)域上例如環(huán)形地分布。第二接觸層6例如可以包含Ti、Au、Pt或者具有這些材料中的至少一種的合金。第二諧振器鏡4的層優(yōu)選具有η型摻雜。第一諧振器鏡2的第一和第二層2a、2b 優(yōu)選具有P型摻雜。尤其是，第一諧振器鏡2的第一層加具有P型摻雜。第一層加特別優(yōu)選地具有碳摻雜。另外，第一諧振器鏡2的第一層加具有氧化區(qū)域8a和非氧化區(qū)域Sb。在圖2中詳細(xì)示出第一諧振器鏡2、尤其是各個(gè)第一層和第二層h、2b。第一層加的層21優(yōu)選具有與其他第一層加的摻雜物質(zhì)濃度不同的摻雜物質(zhì)濃度。在圖1A、1B和2的實(shí)施例中，兩個(gè)層21a、21b分別具有這樣的摻雜物質(zhì)濃度，即該摻雜物質(zhì)濃度與其他第一層加中的摻雜物質(zhì)濃度不同。兩個(gè)層21a、21b的摻雜物質(zhì)濃度還附加地相互不同。因此，第一層加包含具有第一摻雜物質(zhì)濃度的層21a、具有第二摻雜物質(zhì)濃度的另一層21b、以及分別具有第三摻雜物質(zhì)濃度的其他層加。另外，與其他第一層加和相互之間具有不同的摻雜物質(zhì)濃度的兩個(gè)層21a、21b具有與其他第一層加的氧化區(qū)域8a的橫向伸展D不同的氧化區(qū)域8a的橫向伸展Da、Db。摻雜物質(zhì)濃度影響第一層加中的氧化過(guò)程、尤其是氧化區(qū)域8a的橫向伸展。因此，借助于第一諧振器鏡2的第一層加中的摻雜物質(zhì)濃度，層加中的氧化區(qū)域8a的橫向伸展受到影響。因此，重要的器件特性——例如串聯(lián)電阻、使用電壓、閾值電流以及效率—— 根據(jù)第一層加中的摻雜物質(zhì)濃度而有利地受到影響。另外，通過(guò)有針對(duì)性地調(diào)整第一諧振器鏡的第一層加中的摻雜物質(zhì)濃度，可以改進(jìn)氧化均勻性。通過(guò)第一諧振器鏡的第一層加中的改進(jìn)的氧化均勻性，同樣有利地進(jìn)一步改進(jìn)了半導(dǎo)體激光器件的器件特性。通過(guò)第一諧振器鏡2的第一層加中的不同的摻雜物質(zhì)濃度并且因此氧化區(qū)域8a 的不同的橫向伸展，可以有利地通過(guò)第一諧振器鏡2并且因此通過(guò)半導(dǎo)體本體對(duì)電流進(jìn)行局部地限制。尤其是可以利用其摻雜物質(zhì)濃度相互不同并且與另外的第一層加不同的兩個(gè)層21a、21b來(lái)將電流基本上限制到半導(dǎo)體本體的中央?yún)^(qū)域DEm，并且第一諧振器鏡2的第一層加內(nèi)的橫向電流擴(kuò)張被減小。兩個(gè)層加中的層21a的摻雜物質(zhì)濃度優(yōu)選是兩個(gè)層加中的另一層21b的摻雜物質(zhì)濃度的至少1. 5倍高。在一個(gè)有利的實(shí)施方式中，兩個(gè)層中一層的摻雜物質(zhì)濃度處于2 X IO18CnT3與 6X IO18CnT3之間的范圍內(nèi)。兩個(gè)層中另一層的摻雜物質(zhì)濃度特別優(yōu)選地處于3X IO17CnT3與 7 X IO17CnT3之間的范圍內(nèi)。第一諧振器鏡的第二層2b分別優(yōu)選地不具有氧化區(qū)域。第一諧振器鏡2的層尤其是具有優(yōu)選包含AlxGai_xAs (其中0.95彡χ彡1)的氧化區(qū)域。另外，具有氧化區(qū)域8a的層加具有未被氧化的區(qū)域Sb。氧化區(qū)域8a優(yōu)選布置在半導(dǎo)體本體的邊緣區(qū)域中。氧化區(qū)域8a例如環(huán)形地分布在半導(dǎo)體本體的邊緣區(qū)域上。由于氧化過(guò)程，第一層加在區(qū)域8a中失去導(dǎo)電性。由此可以有利地通過(guò)半導(dǎo)體本體來(lái)局部地限制電流。尤其是，半導(dǎo)體本體在邊緣區(qū)域中幾乎不具有電流，或者具有至少比在非氧化區(qū)域中少的電流。由于第一諧振器鏡的第一層加的與非氧化區(qū)域8b相比較小的導(dǎo)電性，對(duì)活性區(qū)域3的布置在氧化區(qū)域8a下方的邊緣區(qū)域的電泵浦被有利地避免。因此，電流受到第一層加的氧化區(qū)域8a的影響，尤其是優(yōu)選在半導(dǎo)體本體的中央?yún)^(qū)域DEm中被構(gòu)造。其摻雜物質(zhì)濃度不同的兩個(gè)層21a、21b的氧化區(qū)域8a的橫向伸展優(yōu)選地具有與其他第一層加的橫向伸展不同并且相互之間不同的橫向伸展Da。第一諧振器鏡2的第一層加的氧化區(qū)域分別具有橫向伸展D。在此，兩個(gè)層21a、 21b優(yōu)選具有與其他第一層加的橫向伸展D不同的橫向伸展Da、Db。不同的橫向伸展D、Da、Db優(yōu)選借助于這些層h、21a、21b中的不同的摻雜物質(zhì)濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)。第一諧振器鏡2的第一層加優(yōu)選具有這樣的摻雜物質(zhì)濃度，即使得氧化區(qū)域8a 分別具有所規(guī)定的橫向伸展D、Da、Db。第一諧振器鏡2的第一層h、21a、21b的摻雜物質(zhì)濃度優(yōu)選在第二諧振器鏡4的層^、4b的預(yù)先給定的摻雜物質(zhì)濃度的情況下被調(diào)整為使得氧化區(qū)域8a分別具有所規(guī)定的橫向伸展D、Da、Db。優(yōu)選地，第二諧振器鏡4的層4a、4b的η型摻雜被固定地預(yù)先給定，而第一諧振器鏡2的第一層加的ρ型摻雜被調(diào)整為使得氧化區(qū)域8a具有所期望的橫向伸展D、Da、Db。優(yōu)選地，僅僅ρ型摻雜的第一諧振器鏡2具有帶有氧化區(qū)域8a的第一層加。氧化過(guò)程取決于半導(dǎo)體本體的總的摻雜輪廓。因此通過(guò)對(duì)第一諧振器鏡2的第一層加中的 P型摻雜物質(zhì)的摻雜物質(zhì)濃度進(jìn)行調(diào)整，可以確定氧化區(qū)域8a的橫向伸展D、Da、Db。優(yōu)選地，其摻雜物質(zhì)濃度不同的兩個(gè)層21a、21b具有不同的厚度(未示出)。由于兩個(gè)層21a、21b的不同的摻雜物質(zhì)濃度，有利地可以有針對(duì)性地影響氧化區(qū)域8a的橫向伸展D、Da、Db。附加地，氧化區(qū)域8a的橫向伸展D、Da、Db可以通過(guò)這兩個(gè)層 21a、21b的不同厚度被有針對(duì)性地影響。優(yōu)選地，兩個(gè)層21a、21b的摻雜物質(zhì)濃度和厚度被調(diào)整為使得得出兩個(gè)層21a、21b的氧化區(qū)域8a的所期望的橫向伸展D、Da、Db。另外，氧化區(qū)域8a的橫向伸展D、Da、Db可以通過(guò)兩個(gè)層21a、21b相互之間的不同的鋁含量以及兩個(gè)層21a、21b的鋁含量與其他第一層加的鋁含量的不同而有針對(duì)性地受到影響。特別優(yōu)選地，兩個(gè)層21a、21b的摻雜物質(zhì)濃度、厚度和鋁含量被調(diào)整為使得得出兩個(gè)層21a、21b的氧化區(qū)域8a的所期望的橫向伸展D、Da、Db。
在第一諧振器鏡2上局部地布置有第二接觸層6。優(yōu)選地，該第二接觸層6布置在半導(dǎo)體本體的邊緣區(qū)域中。因此，中央?yún)^(qū)域Dedi尤其是不具有第二接觸層6。第二接觸層6優(yōu)選具有比第一諧振器鏡2的第一層加的氧化區(qū)域8a更大的橫向伸展。因此，產(chǎn)生第二接觸層6在氧化區(qū)域8a上的重疊。在此，第二接觸層6可以具有比兩個(gè)層21a、21b的氧化區(qū)域8a更小的或更大的橫向伸展，其中這兩個(gè)層21a、21b的氧化物質(zhì)濃度不同。還可以設(shè)想，第二接觸層6具有比兩個(gè)層之一 21b的氧化區(qū)域8a小的橫向伸展并且具有比第二層21a的氧化區(qū)域8a大的橫向伸展。在這種情況下，第二接觸層6的橫向伸展處于兩個(gè)層之一 21b的氧化區(qū)域8a的橫向伸展與第二層21a的氧化區(qū)域8a的橫向伸展之間的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，饋入的電流主要通過(guò)第一諧振器鏡2的第一層加的非氧化區(qū)域8b注入到活性區(qū)中。在具有氧化區(qū)域8a的半導(dǎo)體本體的邊緣區(qū)域中，在活性區(qū)3中由于第一層加的氧化區(qū)域8a的小的導(dǎo)電性，電流注入顯著地得到避免。因此，輻射的重新組合或輻射生成由于氧化區(qū)域8a的比較小的橫向?qū)щ娦远饕诨钚詤^(qū)3的非氧化區(qū)域8b中發(fā)生。因此，半導(dǎo)體本體中的泵浦電流的電流路徑通過(guò)第一層加的氧化區(qū)域8a的橫向伸展被確定。圖IB的實(shí)施例與圖IA的實(shí)施例的不同之處在于整個(gè)表面的第二接觸層6。因此， 在第一諧振器鏡2上相對(duì)于該半導(dǎo)體激光器件的電接觸端子整個(gè)表面地布置了導(dǎo)電的接觸層6。在該情況下，通過(guò)第二接觸層6進(jìn)行激光輻射的輸出耦合。因此，第二接觸層6必須針對(duì)由活性區(qū)3所生成的輻射7至少部分地具有透明的特性。尤其是，由活性區(qū)3所發(fā)射的激光輻射在第二接觸層6中的吸收是少量的，優(yōu)選少于40%，特別優(yōu)選地少于20%。在圖IB的實(shí)施例中，第二接觸層6優(yōu)選具有透明導(dǎo)電氧化物。透明導(dǎo)電氧化物 (TCO: transparent conductive oxids,透明導(dǎo)電氧化物)是透明的導(dǎo)電材料，一般是金屬氧化物，例如氧化鋅、氧化錫、氧化鎘、氧化鈦、氧化銦或者氧化銦錫(ΙΤ0)。除了二價(jià)的金屬氧化物——例如aio、SnO2或者M(jìn)2O3——之外，三價(jià)的金屬氧化物也屬于TCO的組，所述三價(jià)的金屬氧化物例如 Zn2Sn04、CdSnO3> ZnSnO3> Mgln204、GaInO3^ Zn2In2O5 或者 In4Sn3O12 或者不同透明導(dǎo)電氧化物的混合物。此外，TCO不一定對(duì)應(yīng)于化學(xué)計(jì)算的成分并且也可以是ρ型或η型摻雜的。在圖3中示出一個(gè)圖，該圖示出第一層的氧化區(qū)域8a的橫向伸展D與η型摻雜的第二諧振器鏡4中的載流子密度的關(guān)系。在該圖中示出ρ型摻雜的第一諧振器鏡2中的氧化區(qū)域的橫向伸展D (氧化深度)(μ m)相對(duì)于第二諧振器鏡4的摻雜物質(zhì)濃度(cm—3)。沿著該圖的橫軸繪出了 η型摻雜的第二諧振器鏡4的摻雜物質(zhì)濃度的值。在縱坐標(biāo)上繪出ρ 型摻雜的第一諧振器鏡2的第一層的氧化區(qū)域的橫向伸展。在該圖中示出的字符A說(shuō)明如下的值在這些值的情況下，ρ型摻雜的第一諧振器鏡2的第一層具有活性摻雜。該圖中的字符B示出如下的值在這些值的情況下，ρ型摻雜的第一諧振器鏡2的第一層具有本征摻雜。在此，尤其是第一層加具有在半導(dǎo)體本體的各個(gè)層的生長(zhǎng)期間所產(chǎn)生的、而不是被活性引入的摻雜。如在該圖中所示出的那樣，第一諧振器鏡2的第一層加的氧化區(qū)域的橫向伸展令人意外地與第二諧振器鏡4的層的摻雜物質(zhì)濃度有關(guān)。因此，氧化區(qū)域8a的伸展D與整個(gè)半導(dǎo)體本體的摻雜輪廓有關(guān)。第二諧振器鏡4的層的摻雜物質(zhì)濃度尤其是影響第一諧振器鏡2的第一層加的表面電荷。第一層加的表面電荷又影響第一層加中的氧化過(guò)程。因此，氧化過(guò)程與第二諧振器鏡4的層的摻雜物質(zhì)濃度和第一諧振器鏡2的第一和第二層的摻雜物質(zhì)濃度有關(guān)。通過(guò)對(duì)第一諧振器鏡2的第一層加的摻雜物質(zhì)濃度的有針對(duì)性地調(diào)整，可以有利地在第一層加的氧化區(qū)域8a的所期望的橫向伸展的情況下保持第二諧振器鏡4的摻雜物質(zhì)濃度不變。本發(fā)明不由于根據(jù)實(shí)施例的描述而限于此，而是包括每個(gè)新的特征以及特征的每種組合，這尤其是包含權(quán)利要求中的特征的每種特征，即使當(dāng)該特征或該組合本身未明確地在權(quán)利要求或?qū)嵤├姓f(shuō)明時(shí)也是如此。
權(quán)利要求
1.一種具有垂直的發(fā)射方向(7)的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器件，包括半導(dǎo)體本體，該半導(dǎo)體本體具有第一諧振器鏡(2)、第二諧振器鏡(4)以及適用于生成輻射的活性區(qū)(3)，其中一第一諧振器鏡(2)具有交替堆疊的第一成分的第一層(2a)和第二成分的第二層 (2b),一第一層(2a)具有氧化區(qū)域(8a)，一至少第一層(2a)分別包含摻雜物質(zhì)，以及一第一層(2a)的至少一層(21a)具有與其他第一層(2a)的摻雜物質(zhì)濃度不同的摻雜物質(zhì)濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器件，其中所述至少一層(21a)的氧化區(qū)域(8a)具有與其他第一層(2a)的橫向伸展不同的橫向伸展。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器件，其中所述至少一層(21a)的氧化區(qū)域(8a)的橫向伸展與其他第一層(2a)的氧化區(qū)域(8a) 的橫向伸展相差至少1 μ m。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器件，其中第一層(2a)的兩個(gè)層(21a、21b)具有與其他第一層(2a)的摻雜物質(zhì)濃度不同的摻雜物質(zhì)濃度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器件，其中兩個(gè)層(21a、21b)中的一層(21a)的摻雜物質(zhì)濃度是兩個(gè)層(21a、21b)中的另一層 (21b)的摻雜物質(zhì)濃度的至少1. 5倍高。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器件，其中兩個(gè)層(21a、21b)中的一層(21a)的摻雜物質(zhì)濃度大于1018cm_3。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求5或6之一的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器件，其中兩個(gè)層(21a、21b)中的另一層(21b)的摻雜物質(zhì)濃度小于1018cm_3。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求4至7之一的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器件，其中兩個(gè)層(21a、21b)的氧化區(qū)域(8a)的橫向伸展與其他第一層(2a)的氧化區(qū)域(8a)的橫向伸展不同。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求4至8之一的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器件，其中兩個(gè)層(21a、21b)中的一層(21a)的氧化區(qū)域(8a)的橫向伸展是兩個(gè)層(21a、21b)中的另一層(21b)的氧化區(qū)域(8a)的橫向伸展的至少2倍大。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求4至9之一的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器件，其中所述兩個(gè)層(21a、21b)具有不同的厚度。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器件，其中所述至少一個(gè)層(21a)具有ρ型摻雜。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器件，其中所述至少一個(gè)層(21a)具有C摻雜。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器件，其中所述氧化區(qū)域(8a)布置在半導(dǎo)體本體的邊緣區(qū)域中。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器件，其中所述第一層(2a)包含AlxGai_xAs，其中分別有0. 8彡χ彡1。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器件，其中所述第二層(2b)包含AlyGai_yAs，其中分別有0彡y彡0. 5。
全文摘要
說(shuō)明了一種具有垂直的發(fā)射方向的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器件，該表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器件包括半導(dǎo)體本體，該半導(dǎo)體本體具有第一諧振器鏡(2)、第二諧振器鏡(4)以及適用于生成輻射的活性區(qū)(3)。第一諧振器鏡(2)具有交替堆疊的第一成分的第一層(2a)和第二成分的第二層(2b)。第一層(2a)具有氧化區(qū)域(8a)。另外，至少第一層(2a)分別包含摻雜物質(zhì)，其中第一層(2a)的至少一層(21a)具有與其他第一層(2a)的摻雜物質(zhì)濃度不同的摻雜物質(zhì)濃度。
文檔編號(hào)H01S5/183GK102204039SQ200980144049
公開(kāi)日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2009年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月5日
發(fā)明者A·科勒, B·邁爾, J·普法伊費(fèi)爾 申請(qǐng)人:奧斯蘭姆奧普托半導(dǎo)體有限責(zé)任公司