具有改进的折射率导引的半导体激光器的制造方法
【专利说明】具有改进的折射率导引的半导体激光器
[0001]本发明涉及如专利权利要求1中要求保护的半导体激光器以及如专利权利要求13中要求保护的用于生产半导体激光器的方法。
[0002]本专利申请要求德国专利申请10 2013 204 192.6的优先权，其公开内容被通过引用合并于此。
[0003]在现有技术中已知具有所谓的脊部(ridge)结构的半导体激光器。在这种情况下，半导体激光器具有主体，在该主体上形成具有减小的宽度的条带(strip)。用于生成光辐射的有源区被布置在主体中。作为形成具有减小的宽度的条带的结果，实现了沿着条带纵向延伸的光辐射的改进的导引。现有技术中的条带被覆盖有由例如氧化硅组成的且具有1.48的光折射率的钝化层。这些折射率-导引的半导体激光器展现出从条带的材料到钝化层的材料的在光折射率上的跳变(jump)越是更大就越是更好的对光辐射的导引。
[0004]本发明的目的是提供一种具有更好的光束导引的半导体激光器。
[0005]借助于如专利权利要求1中要求保护的半导体激光器并且借助于如专利权利要求13中要求保护的方法来实现本发明的目的。
[0006]在从属权利要求中指明了本发明的进一步的有益实施例。
[0007]所描述的半导体激光器具有如下优点:即使在具有低折射率的用于条带的材料的情况下，也实现对沿着条带的光辐射的非常有效的导引。
[0008]凭借至少在界定的区段中腔体相对于条带横向地存在的事实来实现该优点。凭借腔体来实现在条带和腔体之间的在折射率上的大的差异。结果实现了光辐射的有效率的折射率导引。
[0009]可以以单个腔体的形式、以多个腔体的形式或者以腔体结构(例如，如多孔材料)的形式来体现腔体。重要的是减小保护层的材料的密度，以使得在邻接条带的区域中存在与保护层的材料相比被减小的有效折射率。
[0010]因而，一个基本的概念由以如下的方式形成横向地邻接条带的保护层所构成:腔体存在于保护层中并且特别是邻接条带的所述表面。因而，通过非吸收的腔体和非吸收的介电保护层来把光辐射与高度地吸收的接触的金属化屏蔽开。所描述的布置对于生产来说是简单并且成本有效的。特别是，所描述的布置适合于具有低光折射率的材料，诸如例如具有在2.5的范围中的光折射率的基于氮化物的半导体激光器。
[0011]在进一步的实施例中，有源区被至少部分地布置于在主体之上的条带中。在该实施例中，作为在从条带到腔体的过渡中的在折射率上的增加的跳变的结果，邻接条带的腔体还提供改进的光波电流。以示例的方式，有源区的侧表面的至少一部分邻接腔体。优选地，在每种情况下，有源区的相对侧表面完全邻接腔体。腔体和有源区的侧表面之间的重叠越大，通过条带的光辐射的光导引越好。
[0012]在进一步的实施例中，有源区被布置在主体中。在该实施例中，作为在折射率上的增加的跳变的结果，邻接条带和/或邻接在条带的区域中的主体的表面的腔体还提供改进的光波导引。因而，对于条带而言不必要被从主体的半导体材料起直到靠近该有源区(特别是靠近电子势皇(electron barrier))来进行加工。结果，特别是，抑制了特别是避免了晶体损伤的风险以及非辐射复合中心的产生。因此确保了激光器的效率。
[0013]在一个实施例中，以邻接在主体的表面与条带的侧表面之间的过渡、即邻接角部区域的方式来布置腔体。结果，腔体被布置为非常靠近有源区并且因此达成非常有效率的光辐射的折射率导引。
[0014]在进一步的实施例中，腔体在条带的整个侧长度上延伸。结果，沿着条带的整个长度实现有效率的光辐射的折射率导引。
[0015]取决于所选取的实施例，腔体的形状可以沿着条带的长度变化，特别是，腔体可以仅被提供在各区段中。优选地，腔体沿着条带具有实质上恒定的横截面。
[0016]在进一步的实施例中，腔体在条带的侧表面的整个高度之上延伸。在该实施例中，保护层处在距条带的侧壁一横向距离处。通过电接触覆盖在条带的上部区域中的在侧壁和保护层之间的间隙。在其中腔体被形成在侧表面的整个高度之上的情况下，实现改进的光辐射的导引。此外，通过电接触可靠地封闭腔体。因此确保条带的半导体材料的稳定性。
[0017]在进一步的实施例中，在条带的侧表面和主体的表面之间的角部区域中，将切口引入到主体的表面中，所述切口形成腔体的至少一部分。切口至少在沿着条带的各区段中延伸。作为形成切口的结果，腔体被布置得甚至更靠近有源区和电子势皇(electronbarrier)。因此实现折射率导引上的进一步的改进。
[0018]取决于所选取的实施例，切口可以具有例如2至lOOnm的深度。此外，可以例如借助于蚀刻方法，特别是干法蚀刻方法来产生切口。所描述的参数确保切口的产生是简单的并且在没有过多地损害激光器的半导体层的晶体结构的情况下实现改进的光辐射折射率导引。
[0019]在进一步的实施例中，腔体具有在条带的侧表面的高度的5%和100%之间的高度。即使在该范围中，也获得对光辐射的导引的积极影响。
[0020]在进一步的实施例中，如垂直于条带的侧表面查看的那样，腔体具有例如在2nm和500nm之间范围内(优选为300nm)的宽度。即使在这些宽度的情况下，也实现改进的光辐射的折射率导引。然而，特别是越是使腔体更宽并且更高，通过腔体的折射率导引就越是更好。
[0021]半导体激光器在条带的两侧上均具有腔体，例如所述腔体被实质上相同地体现。
[0022]所描述的方法提供如下优点:可以简单地并且成本有效地执行腔体的形成。在一个实施例中，作为使用由其热膨胀系数不同(特别是相差2至20倍)的材料组成的牺牲层和保护层的结果，借助于热烘焙处理而可信任地并且可靠地生产腔体。
[0023]在进一步的实施例中，条带的侧表面被提供有牺牲层，其中将电绝缘保护层应用于牺牲层，其中牺牲层随后被移除，并且其中将导电层应用于条带。作为结果提供了一种进一步的方法，通过该方法能够简单且可靠地生产腔体。
[0024]在进一步的实施例中，在侧表面和保护层之间和/或在主体的表面和保护层之间，至少在各区段中(特别是在侧面(facet)的区域中)提供一中间层，其中以如下这样的方式形成中间层:当侧面区域中的侧面裂开时，中间层并且因此保护层被至少部分地从侧表面和/或从主体的表面分开，作为其结果而形成腔体。因此可以使腔体的生产简化。
[0025]结合下面对示例实施例的描述，本发明的上面描述的特性、特征和优点并且还有实现它们的方式将与以下的示例性实施例的描述相关联而变得更清楚并且被更清楚地理解，示例性实施例被与附图相关联地更详细地解释，在附图中:
[0026]图1示出了该半导体激光器的第一实施例的示意性图解；
[0027]图2示出了通过半导体激光器的第二实施例的示意性的截面图；
[0028]图3示出了通过半导体激光器的第三实施例的示意性的截面图；
[0029]图4示出了通过半导体激光器的第四实施例的示意性的截面图；
[0030]图5至图9示出了用于生产半导体激光器的第一方法的方法步骤；
[0031]图10至图17示出了用于生产半导体激光器的进一步的方法的方法步骤；
[0032]图18示出了通过半导体激光器的进一步的实施例的示意性的截面图；
[0033]图19示出了通过半导体激光器的进一步的实施例的示意性的截面图；并且
[0034]图20示出了半导体激光器的进一步的实施例的示意性图解。
[0035]本发明可应用于半导体激光器，特别是可应用于基于氮化物的激光器，激光器可以例如被使用在具有1000至10000001m的光功率的投影系统中。对于高的光功率而言要求高效率的、折射率导引激光二极管、特别是In-GaN激光二极管。凭借在条带(脊部)区域中在条带和周围层(特别是保护层)之间存在光折射率的大的跳变的事实而实现折射率导引。保护层构成钝化并且由光学上低折射率的电介质生产，并且被布置在条带的两侧上。取决于所选取的实施例，本发明还可以被使用在诸如例如砷化镓激光二极管的其它材料的情况中。然而，在基于氮化物的激光二极管的情况下，由于基于氮化物的激光二极管的折射率仅在2.5的范围中，因此腔体的使用特别重要。因而，对于作为尽可能有效率的折射率导引而言，特别有利的是腔体邻接条带。现有技术中一般作为钝化层(即保护层)使用的电介质层由具有大约1.48的光折射率的氧化硅(Si02)组成、由具有大约1.7的折射率的氧化铝(A1203)组成以及由具有大约2.05的折射率的氮化硅(Si3N4)组成。目前，并非是吸收光的并且具有比氧化硅更低的折射率的更好的保护观点是不可获得的。因而，邻接条带的所述表面并且关于激光器的主体在角部区域中形成腔体构成了沿着条带