HALBLEITERLASER UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES HALBLEITERLASERS

Die vorliegende Anmeldung betrifft einen Halbleiterlaser und ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers.

Beispielsweise für Anwendungen in der erweiterten Realität (augmented reality) sind Laserlichtquellen gewünscht, bei denen mehrere Emitter eng nebeneinander angeordnet sind, um eine verbesserte Auflösung, Bildrate und/oder Helligkeit erzielen zu können. Besonders geringe Abstände zwischen verschiedenen Emittern können erreicht werden, wenn die Emissionsbereiche innerhalb eines Laserdiodenchips realisiert werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass störende Bildartefakte wie beispielsweise Speckle auftreten können, wenn die Emissionswellenlängen der Emissionsbereiche gleich sind, was typischerweise der Fall ist, wenn die Emissionsbereiche auf derselben Halbleiterschichtenfolge basieren .

Eine Aufgabe ist es, mehrere Emissionsbereiche, die verschiedene Emissionswellenlängen aufweisen, in geringen Abständen voneinander bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird unter anderem durch einen Halbleiterlaser sowie durch ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche . 1s wird ein Halbleiterlaser mit einem Halbleiterkörper angegeben, wobei der Halbleiterkörper eine Mehrzahl von Resonatorbereichen aufweist.

Der Halbleiterkörper ist beispielsweise durch eine Halbleiterschichtenfolge basierend auf einem III-V- Verbindungshalbleitermaterial gebildet.

III-V-Verbindungs-Halbleitermaterialien sind zur Strahlungserzeugung im ultravioletten (Al _x In _y Ga _1-x-y N) über den sichtbaren (Al _x In _y Ga _1-x-y N, insbesondere für blaue bis grüne Strahlung, oder Al _x In _y Ga _1-x-y P, insbesondere für gelbe bis rote Strahlung) bis in den infraroten (Al _x In _y Ga _1-x-y As) Spektralbereich besonders geeignet. Hierbei gilt jeweils 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1, insbesondere mit x ≠ 1, y ≠ 0, x ≠ 0 und/oder y ≠ 0. Mit 111-V-Verbindungs- Halbleitermaterialien, insbesondere aus den genannten Materialsystemen, können weiterhin bei der Strahlungserzeugung hohe interne Quanteneffizienzen erzielt werden.

Die Resonatorbereiche sind beispielsweise Bereiche, in denen die Laserstrahlung indexgeführt propagiert, beispielsweise durch eine Strukturierung des Halbleiterkörpers in Stegwellenleiter. Alternativ oder zusätzlich können die Resonatorbereiche auch Bereiche sein, in denen die Laserstrahlung gewinngeführt propagiert. Beispielsweise sind die Resonatorbereiche durch bestromte Bereiche eines planaren Halbleiterkörpers gebildet.

Die Resonatorbereiche sind beispielsweise entlang einer lateralen Richtung nebeneinander angeordnet und weisen jeweils einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich auf. Unter einer lateralen Richtung wird in diesem Zusammenhang eine Richtung verstanden, die parallel zu einer Haupterstreckungsebene des aktiven Bereichs des Halbleiterkörpers verläuft. Beispielsweise verläuft die laterale Richtung senkrecht zu den Resonatorachsen der Resonatorbereiche .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterlasers erstreckt sich der Halbleiterkörper zwischen zwei Seitenflächen. Die Seitenflächen sind insbesondere an gegenüberliegenden Seiten angeordnet und begrenzen den Halbleiterkörper und insbesondere die Resonatorbereiche innerhalb des Halbleiterkörpers.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterlasers tritt im Betrieb des Halbleiterlasers an einer der zwei Seitenflächen Laserstrahlung aus den Resonatorbereichen aus. Beispielsweise sind an den zwei Seitenflächen Resonatorspiegel angeordnet, wobei typischerweise einer der Resonatorspiegel eine hohe Reflektivität, insbesondere eine Reflektivität von mindestens 95 % und der andere Resonatorspiegel, der als Auskoppelspiegel dient, eine im Vergleich dazu geringere Reflektivität aufweist. Beispielsweise beträgt die Reflektivität an der Auskoppelseite zwischen einschließlich 0,5 % und einschließlich 50 % für die Wellenlänge maximaler Emission. Beispielsweise tritt die Laserstrahlung aus den einzelnen Resonatorbereichen parallel zueinander, also entlang derselben Richtung, aus.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterlasers ist an zumindest einer der Seitenflächen eine Schichtfolge befestigt. Die Schichtfolge bildet für mindestens einen Resonatorbereich zumindest einen Teil eines Resonatorspiegels. Geeignete Materialien für die Schichtfolge sind beispielsweise dielektrische Materialien, insbesondere Oxide, Nitride und Fluoride wie beispielsweise SiO ₂ , SiN, AI ₂ O ₃ , TiO ₂ , Ta ₂ O ₅ oder MgF ₂ , oder Halbleiter wie Si, Ge oder ZnSe in amorpher, kristalliner oder polykristalliner Form.

Die Schichtfolge kann an der Seitenfläche des Halbleiterlasers befestigt sein, an der die Laserstrahlung im Betrieb des Halbleiterlasers austritt oder an der gegenüberliegenden Seitenfläche des Halbleiterlasers.

Die Schichtfolge ist insbesondere ein vorgefertigtes Element, das an einer der Seitenflächen des Halbleiterlasers befestigt ist. Beispielsweise wird die Schichtfolge separat von dem Halbleiterlaser auf einem Substratkörper abgeschieden und nachfolgend an dem Halbleiterlaser befestigt. Bei der Schichtfolge handelt es sich also nicht um eine Beschichtung des Halbleiterlasers, welche mittels eines Abscheideverfahrens direkt auf den Halbleiterlaser abgeschieden wird.

In mindestens einer Ausführungsform des Halbleiterlasers weist der Halbleiterlaser einen Halbleiterkörper mit einer Mehrzahl von Resonatorbereichen auf, wobei die Resonatorbereiche entlang einer lateralen Richtung nebeneinander angeordnet sind und jeweils einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich aufweisen. Der Halbleiterkörper erstreckt sich zwischen zwei Seitenflächen, wobei im Betrieb des Halbleiterlasers an einer der zwei Seitenflächen Laserstrahlung aus den Resonatorbereichen austritt. An zumindest einer der Seitenflächen ist eine Schichtfolge befestigt, die für mindestens einen Resonatorbereich zumindest einen Teil eines Resonatorspiegels bildet.

Der Halbleiterlaser weist also eine Schichtfolge auf, die in vorgefertigter Form an den Halbleiterkörper angebracht ist. Bei der Herstellung des Halbleiterlasers kann die Schichtfolge also getrennt von dem Halbleiterlaser ausgebildet und erst in Anschluss an den Halbleiterkörper des Halbleiterlasers befestigt werden. Mindestens ein Resonatorspiegel wird also durch eine an dem Halbleiterlaser befestigte Schichtfolge gebildet. Über die Schichtfolge kann die Wellenlänge maximaler Emission des zugehörigen Resonatorbereichs beeinflusst werden, insbesondere auch unabhängig von den übrigen Resonatorbereichen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterlasers weist die Schichtfolge eine Mehrzahl von voneinander verschiedenen Teilbereichen auf, wobei ein Teilbereich jeweils für einen der Resonatorbereiche zumindest einen Teil des dem Resonatorbereich zugeordneten Resonatorspiegels bildet. Beispielsweise ist die Anzahl der Teilbereiche der Schichtfolge gleich der Anzahl an Resonatorbereichen des Halbleiterkörpers .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterlasers unterscheiden sich die mittels der Teilbereiche gebildeten Resonatorspiegel hinsichtlich ihrer Wellenlänge maximaler Reflektivität voneinander. Beispielsweise unterscheiden sich die Wellenlängen maximaler Reflektivität für zumindest zwei der Teilbereiche um mindestens 3 nm voneinander.

Beispielsweise unterscheiden sich die Wellenlängen maximaler Reflektivität für alle Teilbereiche der Schichtfolge jeweils paarweise voneinander, insbesondere um mindestens 3 nm. Mittels der voneinander verschiedenen Teilbereiche kann erzielt werden, dass die einzelnen Resonatorbereiche des Halbleiterlasers Strahlung mit voneinander verschiedenen Wellenlängen maximaler Emission emittieren, auch wenn die aktiven Bereiche der Resonatorbereiche identisch oder zumindest im Rahmen von Fertigungstoleranzen bezogen auf laterale Schwankungen bei der epitaktischen Abscheidung des Halbleitermaterials des Halbleiterkörpers identisch sind.

Die Resonatorbereiche können also unterschiedliche Wellenlängen maximaler Emission in einem gemeinsamen Halbleiterkörper bereitstellen. Dadurch können besonders geringe Abstände zwischen den Resonatorbereichen erzielt werden. Beispielsweise beträgt ein Mittenabstand zwischen benachbarten Resonatorbereichen zwischen einschließlich 5 μm und einschließlich 500 μm.

Es können also Mittenabstände erreicht werden, die mit separat gefertigten und nachfolgend nebeneinander angeordneten Laserdiodenchips nicht oder zumindest nicht ohne weiteres erreichbar wären.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterlasers unterscheiden sich die Wellenlängen maximaler Emission von zumindest zwei der aus den Resonatorbereichen austretenden Strahlungen um mindestens 3 nm oder mindestens 5 nm oder mindestens 10 nm und/oder um höchstens 15 nm oder höchstens 20 nm voneinander. Es hat sich gezeigt, dass ein Unterschied in den Wellenlängen in diesem Bereich ein effizientes Unterdrücken von Störeffekten durch Speckle erreicht werden kann. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterlasers ist die Schichtfolge durch eine direkte Bondverbindung an einer Verbindungsfläche an der Seitenfläche des Halbleiterkörpers befestigt.

Bei einer direkten Bondverbindung werden die zu verbindenden Verbindungspartner durch atomare Kräfte, beispielsweise van der Waals Wechselwirkungen und/oder Wasserstoffbrückenbindungen aneinander befestigt. Eine Fügeschicht wie beispielsweise eine Klebeschicht ist hierfür nicht erforderlich. Trotz einer fehlenden Fügeschicht ist jedoch im fertig gestellten Halbleiterlaser erkennbar, dass die Schichtfolge an der Verbindungsfläche befestigt worden ist und nicht durch ein Abscheideverfahren auf dieser Fläche abgeschieden worden ist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterlasers ist die Verbindungsfläche eine der Seitenflächen des Halbleiterlasers. In diesem Fall wird die Schichtfolge also unmittelbar an der Seitenfläche des Halbleiterlasers befestigt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterlasers ist die Verbindungsfläche durch eine auf eine der Seitenflächen des Halbleiterlasers aufgebrachte Beschichtung gebildet. Beispielsweise ist die aufgebrachte Beschichtung eine einschichtige oder mehrschichtige Beschichtung. Insbesondere kann die Beschichtung dasselbe Material oder zumindest denselben Materialtyp, beispielsweise ein Oxid aufweisen wie die Schichtfolge. Eine Befestigung der Schichtfolge an der Verbindungsfläche kann dadurch vereinfacht werden. Die Beschichtung kann einen Teil des Resonatorspiegels bilden. Weiterhin kann die Beschichtung als eine reflexionsmindernde Beschichtung ausgebildet sein. Die Beschichtung erstreckt sich beispielsweise durchgängig über mehrere oder auch über alle Resonatorbereiche hinweg. Eine laterale Strukturierung der Beschichtung ist also nicht erforderlich .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterlasers ist die Schichtfolge mittels einer Klebeschicht an einer der Seitenflächen des Halbleiterkörpers befestigt. Die Schichtfolge kann unmittelbar oder mittelbar, also über mindestens ein weiteres Element, an der Seitenfläche befestigt sein. Die Klebeschicht kann sich beispielsweise vollflächig oder nur stellenweise zwischen der Seitenfläche des Halbleiterkörpers und der Schichtfolge befinden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterlasers ist eine optische Schichtdicke der Klebeschicht kleiner als ein Viertel der kleinsten Wellenlänge maximaler Emission der von den Resonatorbereichen im Betrieb des Halbleiterlasers abgestrahlten Strahlung im Material der Klebeschicht. Beispielsweise beträgt die optische Schichtdicke höchstens 50 % oder höchstens 20 % eines Viertels der kleinsten Wellenlänge maximaler Emission. Durch eine derart geringe Schichtdicke der Klebeschicht kann der Einfluss der Strahldivergenz auf die effektive Reflektivität minimiert werden. Hierdurch werden die optischen Eigenschaften des Halbleiterlasers weniger abhängig von fertigungsbedingten Schichtdicken-Schwankungen der Klebeschicht. Davon abweichend können jedoch auch größere Schichtdicken der Klebeschicht Anwendung finden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterlasers ist die Klebeschicht auf eine Beschichtung einer Seitenfläche des Halbleiterlasers aufgebracht. Beispielsweise ist die Beschichtung eine reflexionsmindernde Beschichtung. Zum Beispiel weist die Beschichtung eine Reflektivität von höchstens 1 % auf, insbesondere für eine Wellenlänge maximaler Emission. Zum Beispiel ist die Beschichtung an einer Auskoppelseite des Halbleiterkörpers aufgebracht. Dies ist günstig, um den Einfluss der Dicke der Klebeschicht auf die effektive Reflektivität des Halbleiterlasers und damit seiner optischen Eigenschaften zu verringern.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterlasers ist die Schichtfolge über einen Abstandshalter an einer der Seitenflächen des Halbleiterkörpers befestigt. Zwischen der Schichtfolge und der Seitenfläche des Halbleiterkörpers kann also ein Spalt bestehen, der frei von fester Materie ist, beispielsweise ein mit einem Gas, etwa Luft befüllter Spalt.

Die Breite des Spalts, also die Ausdehnung entlang der Resonatorachse ist beispielsweise kleiner als ein Viertel der kleinsten Wellenlänge maximaler Emission der von den Resonatorbereichen abgestrahlten Strahlung in dem Spalt.

Über einen solchen Abstandshalter kann der Abstand zwischen der Schichtfolge und der Seitenfläche des Halbleiterkörpers zuverlässig vordefiniert werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterlasers ist die Schichtfolge auf einem Substratkörper angeordnet. Der Substratkörper ist beispielsweise derjenige Körper, auf dem die Schichtfolge abgeschieden ist. Wenn die Schichtfolge den Resonatorspiegel bildet, an dem die Strahlung aus dem Halbleiterlaser austritt, ist der Substratkörper zweckmäßigerweise für die Strahlung des Halbleiterlasers durchlässig. Beispielsweise eignet sich für einen strahlungsdurchlässigen Substratkörper ein Glas oder ein Halbleitermaterial, das in dem Wellenlängenbereich der emittierten Strahlung des Halbleiterlasers durchlässig ist.

Wenn die Schichtfolge den der Auskoppelseite gegenüberliegenden Resonatorspiegel bildet, kann der Substratkörper auch für die erzeugte Strahlung undurchlässig sein. In diesem Fall eignet sich beispielsweise auch Silizium oder ein anderes Halbleitermaterial mit einer vergleichsweise kleinen Bandlücke.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterlasers weist der Substratkörper an einer Strahlungsaustrittsfläche eine reflexionsmindernde Beschichtung auf. Mittels der reflexionsmindernden Beschichtung kann vermieden werden, dass ein ungewollter Strahlungsanteil in die Resonatorbereiche des Halbleiterlasers zurückgekoppelt wird. Entlang des Strahlenpfads gesehen befinden sich die Schichtfolge und die reflexionsmindernde Beschichtung an entgegengesetzten Enden des optischen Wegs durch den Substratkörper.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterlasers weist der Substratkörper eine Umlenkfläche auf, an der die aus einer der Seitenflächen des Halbleiterlasers austretende Strahlung umgelenkt wird. Nach der Umlenkung weist eine Hauptabstrahlungsrichtung des Halbleiterlasers einen von 0° verschiedenen Winkel zur Haupterstreckungsebene des aktiven Bereichs auf, beispielsweise einen Winkel zwischen einschließlich 10° und einschließlich 170°, etwa einen Winkel zwischen einschließlich 80° und einschließlich 100°, zum Beispiel 90° auf. Beispielsweise kann der Halbleiterlaser so als ein Oberflächenemitter fungieren, obwohl die im Halbleiterlaser propagierende Strahlung im Unterschied zu einem oberflächenemittierenden Laser mit vertikaler Kavität (Vertical Cavity Surface Emitting Laser, VCSEL) entlang der Haupterstreckungsebene des aktiven Bereichs oszilliert und seitlich aus dem Halbleiterkörper austritt.

Der beschriebene Halbleiterlaser eignet sich beispielsweise besonders für Anwendungen, bei denen mehrere Emissionsbereiche in einem geringen Abstand nebeneinander erforderlich sind, beispielsweise für Laserstrahlscanner in Anwendungen der erweiterten Realität.

Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers angegeben.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Halbleiterkörper bereitgestellt, der eine Mehrzahl von Resonatorbereichen aufweist, wobei die Resonatorbereiche entlang einer lateralen Richtung nebeneinander angeordnet sind und jeweils einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich aufweisen. Eine Schichtfolge wird auf einem Substratkörper ausgebildet. Die Schichtfolge wird an einer Seitenfläche des Halbleiterkörpers befestigt, wobei die Schichtfolge für mindestens einen Resonatorbereich zumindest einen Teil eines Resonatorspiegels bildet.

Die Schichtfolge wird also separat von dem Halbleiterkörper auf einem gesonderten Substratkörper ausgebildet, beispielsweise durch ein Abscheideverfahren, etwa ein Verfahren der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) oder der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD). Beispielsweise eignet sich Sputtern, Aufdampfen oder ein Epitaxieverfahren wie Molekularstrahl-Epitaxie (molecular beam epitaxy, MBE) oder chemische Strahlenepitaxie (chemical beam epitaxy, CBE). Die so vorgefertigte Schichtfolge kann an dem Halbleiterkörper befestigt werden. Insbesondere können beim Ausbilden der Schichtfolge voneinander verschiedene Teilbereiche der Schichtfolge ausgebildet werden, beispielsweise durch eine lithografische Strukturierung der Schichtfolge . Eine solche Strukturierung ist auf einem Substratkörper einfacher und zuverlässiger realisierbar als auf einer Seitenfläche eines Halbleiterlasers.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Schichtfolge durch eine direkte Bondverbindung an der Seitenfläche befestigt. Dies kann durch eine Einwirkung von Druck und/oder Temperatur gefördert werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Substratkörper entfernt. Insbesondere kann der Substratkörper entfernt werden, noch bevor die Schichtfolge an der Seitenfläche des Halbleiterlasers befestigt wird. Beispielsweise wird die Schichtfolge mittels eines Transferverfahrens an den Halbleiterlaser angedrückt.

Das beschriebene Verfahren ist zur Herstellung eines vorstehend beschriebenen Halbleiterlasers besonders geeignet. In Zusammenhang mit dem Halbleiterlaser angeführte Merkmale können daher auch für das Verfahren herangezogen werden und umgekehrt .

Weitere Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren. Es zeigen: die Figuren 1A bis 1C ein Ausführungsbeispiel für einen Halbleiterlaser, wobei Figur 4A eine schematische Schnittansicht und Figur 1B eine schematische Draufsicht darstellen. In Figur 1C ist schematisch ein Beispiel für einen spektralen Verlauf des Reflektivitätsprodukts R gebildet durch das Produkt der Reflektivitäten der Resonatorspiegel dargestellt; die Figuren 2A und 2B ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterlasers in schematischer Schnittansicht (Figur 2A) und in Draufsicht (Figur 2B); die Figuren 3A und 3B ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterlasers in schematischer Schnittansicht (Figur 3A) und in Draufsicht (Figur 3B);

Figur 4 ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterlasers in schematischer Schnittansicht;

Figur 5 ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterlasers in schematischer Schnittansicht;

Figur 6 ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterlasers in schematischer Schnittansicht;

Figur 7 ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterlasers in schematischer Schnittansicht; und

Figur 8 ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterlasers in schematischer Schnittansicht; und die Figuren 9A bis 9C ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers anhand von jeweils in schematischer Draufsicht dargestellten Zwischenschritten in den Figuren 9A und 9C sowie in einer Schnittansicht durch den Substratkörper in Figur 9B.

Gleiche, gleichartige oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.

Die Figuren sind jeweils schematische Darstellungen und daher nicht unbedingt maßstabsgetreu. Vielmehr können einzelne Elemente und insbesondere Schichtdicken zur verbesserten Darstellung und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.

Bei den in den Figuren 1A und 1B dargestellten Ausführungsbeispielen weist der Halbleiterlaser 1 einen Halbleiterkörper 2 mit einer Mehrzahl von Resonatorbereichen 3 auf. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Halbleiterlaser 1 vier Resonatorbereiche 3 auf. Die Anzahl der Resonatorbereiche kann jedoch in weiten Grenzen variieren. Beispielsweise beträgt die Anzahl der Resonatorbereiche 3 zwischen einschließlich 2 und einschließlich 20.

Die Resonatorbereiche 3 sind entlang einer lateralen Richtung nebeneinander angeordnet und weisen jeweils einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich 20 auf. Der aktive Bereich 20 ist zwischen einer ersten Halbleiterschicht 21 eines ersten Leitungstyps und einer zweiten Halbleiterschicht 22 eines vom ersten Leitungstyp verschiedenen zweiten Leitungstyps angeordnet, so dass sich der aktive Bereich 20 in einem pn-Übergang befindet. Beispielsweise ist die erste Halbleiterschicht 21 n-leitend und die zweite Halbleiterschicht 22 p-leitend. Die erste Halbleiterschicht 21, die zweite Halbleiterschicht 22 und der aktive Bereich 20 sind typischerweise jeweils mehrschichtig ausgebildet. Beispielsweise weist der aktive Bereich 20 eine Quantenstruktur mit einem oder mehreren Quantentöpfen auf.

Dies ist zur vereinfachten Darstellung nicht explizit gezeigt. Weiterhin sind auch elektrische Kontaktflächen oder Kontaktschichten zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterlasers 1 nicht dargestellt.

Der Halbleiterkörper 2 ist auf einem Träger 29, beispielsweise einem Aufwachssubstrat für die epitaktische Abscheidung der Halbleiterschichten des Halbleiterkörpers 2 angeordnet. Der Träger 29 kann jedoch auch von dem Aufwachssubstrat verschieden und beispielsweise bei der Herstellung des Halbleiterlasers 1 durch Waferbonden am Halbleiterkörper 2 befestigt sein.

Der Halbleiterkörper 2 erstreckt sich zwischen zwei gegenüberliegenden Seitenflächen 25, die den Halbleiterkörper 2 in lateraler Richtung begrenzen. Im Betrieb des Halbleiterlasers 1 tritt an einer der zwei Seitenflächen 25 Laserstrahlung aus den Resonatorbereichen 3 aus. Dies ist in den Figuren 1A und 1B jeweils durch Pfeile 9 veranschaulicht.

An einer der Seitenflächen 25, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel an der Seitenfläche 25, an der die Laserstrahlung aus dem Halbleiterlaser 1 austritt, ist eine Schichtfolge 4 befestigt. Die Schichtfolge 4 weist eine Mehrzahl von Teilbereichen 40 auf. Die Teilbereiche 40 sind voneinander verschieden, wobei ein Teilbereich 40 jeweils für einen der Resonatorbereiche 3 vorgesehen ist und für den jeweiligen Resonatorbereich 3 den Resonatorspiegel 5 bildet.

An der gegenüberliegenden Seitenfläche 25 ist der Resonatorspiegel 5 durch eine hochreflektierende Beschichtung 75 gebildet. Beispielsweise weist die hochreflektierende Beschichtung für die von dem Halbleiterlaser zu erzeugende Laserstrahlung eine Reflektivität von mindestens 95 %, beispielsweise 99 % oder mehr auf.

Die Schichtfolge 4 ist beispielsweise durch eine Abfolge mehrerer Schichten, beispielsweise Oxidschichten und/oder Nitrid-Schichten gebildet, wobei benachbarte Schichten jeweils voneinander verschiedene Brechungsindizes aufweisen, so dass ein Bragg-Spiegel entsteht. Die Teilbereiche 40 der Schichtfolge unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Wellenlänge maximaler Reflektivität voneinander. Dies ist schematisch in Figur 1C dargestellt. Hierin ist für die vier Teilbereiche 40 jeweils der spektrale Verlauf des Reflektivitätsprodukts R aus der Reflektivität der beiden Resonatorspiegel 5 schematisch dargestellt. Der spektrale Unterschied dieses Reflektivitätsprodukts R ergibt sich insbesondere aus der unterschiedlichen Ausgestaltung der Teilbereiche 40. Hierfür können sich die Teilbereiche 40 hinsichtlich der Schichtdicken, der Materialien und/oder der Anzahl an Schichten voneinander unterscheiden.

Die hochreflektierende Beschichtung 75, die den gegenüberliegenden Resonatorspiegel 5 bildet, kann für alle Resonatorbereiche 3 gleich sein. Mittels der Teilbereiche 40, die sich hinsichtlich ihrer Wellenlänge maximaler Reflektivität λ1, λ2, λ3, λ4 voneinander unterscheiden, kann erzielt werden, dass die Resonatorbereiche 3 voneinander verschiedene Wellenlängen maximaler Emission aufweisen. Beispielsweise beträgt die Differenz für zumindest zwei der Resonatorbereiche 3 zwischen einschließlich 3 nm und einschließlich 20 nm. Diese unterschiedlichen Wellenlängen maximaler Reflektivität bewirken entsprechende unterschiedliche Wellenlängen maximaler Emission des Halbleiterlasers 1. Wie in Figur 1C schematisch dargestellt, können sich die Wellenlängen maximaler Reflektivität und damit auch die Wellenlängen maximaler Emission für alle Halbleiterlaser paarweise voneinander unterscheiden.

Die Teilbereiche 40 der Schichtfolge 4 können alternativ oder zusätzlich auch so ausgebildet werden, dass sich die von den zugehörigen Resonatorbereichen 3 emittierte Strahlung für zumindest zwei Resonatorbereich in der Polarisation unterscheidet. Beispielsweise können die Polarisationen der von benachbarten Resonatorbereichen 3 abgestrahlten Strahlung senkrecht zueinander orientiert sein. Dadurch können Artefakte bedingt durch eng nebeneinander angeordnete Emissionsbereiche weiter reduziert werden.

Bei dem in den Figuren 1A und 1B dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Schichtfolge 4 durch eine direkte Bondverbindung an einer Verbindungsfläche 6 an der Seitenfläche des Halbleiterkörpers 2 befestigt. Hierbei ist die Verbindungsfläche 6 die Seitenfläche 25 des Halbleiterkörpers. Die Schichtfolge 4 grenzt also unmittelbar an die Seitenfläche 25 des Halbleiterkörpers 2 an. Obwohl sich also die aktiven Bereiche 20 der Resonatorbereiche 3 zumindest nominell nicht voneinander unterscheiden, emittieren die einzelnen Resonatorbereiche 3 jeweils Strahlung mit voneinander verschiedenen Wellenlängen maximaler Emission. Es können also Resonatorbereiche 3 mit verschiedenen Wellenlängen maximaler Emission in einem gemeinsamen Halbleiterkörper 2 integriert werden. Dadurch können geringe Abstände zwischen den Resonatorbereichen 3 erzielt werden, insbesondere im Vergleich zu einzelnen Halbleiterchips, die nebeneinander angeordnet werden.

Bei dem in den Figuren 1A und 1B dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Schichtfolge 4 auf einem Substratkörper 45 angeordnet. Der Substratkörper 45 bildet eine Strahlungsaustrittsfläche 46 des Halbleiterlasers. Der Substratkörper 45 ist zweckmäßigerweise für die von dem Halbleiterlaser 1 erzeugte Strahlung durchlässig. Der Substratkörper 45 kann für die vom Halbleiterlaser 1 erzeugte Strahlung jedoch auch undurchlässig sein, wenn die Schichtfolge 4 nicht den Resonatorspiegel 5 bildet, an dem im Betrieb des Halbleiterlasers die Strahlung austritt, sondern den gegenüberliegenden Resonatorspiegel 5.

Der Halbleiterkörper 2 weist beispielsweise ein III-V- Verbindungshalbleitermaterial auf. Die zu erzeugende Strahlung liegt beispielsweise im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich.

Für die Ausbildung der Resonatorbereiche 3 eignet sich beispielsweise eine Strukturierung der Halbleiterkörper in Stegwellenleiter oder eine planare Bauform des Halbleiterlasers 1, bei dem die im Resonatorbereich 3 propagierende Strahlung in lateraler Richtung gewinngeführt erfolgt .

Das in den Figuren 2A und 2B dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in Zusammenhang mit den Figuren 1A und 1B beschriebenen Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu ist die Verbindungsfläche 6 durch eine Beschichtung 7 einer Seitenfläche 25 des Halbleiterlasers 1 gebildet. Die Beschichtung 7 kann zusammen mit der Schichtfolge 4 jeweils Resonatorspiegel 5 für die Resonatorbereiche 3 bilden. Die Beschichtung 7 erstreckt sich durchgängig über benachbarte Resonatorbereiche 3 hinweg, insbesondere über alle Resonatorbereiche 3 eines Halbleiterlasers 1. Bei der Erstellung der Beschichtung 7 ist also keine laterale Strukturierung der Beschichtung 7 erforderlich. Für die Beschichtung 7 eignen sich beispielsweise die im Zusammenhang mit der Schichtfolge 4 angegebenen Materialien, beispielsweise ein dielektrisches Material, etwa ein Oxid. Die direkte Bondverbindung an der Verbindungsfläche 6 kann zwischen zwei Schichten desselben Materialtyps, beispielsweise zwischen zwei Oxidschichten erfolgen. Eine direkte Bondverbindung kann so besonders zuverlässig ausgebildet werden.

Das in den Figuren 3A und 3B dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in Zusammenhang mit den Figuren 1A und 1B beschriebenen Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu weist der Substratkörper 45 eine Umlenkfläche 48 auf. An der Umlenkfläche 48 wird aus dem Halbleiterkörper 2 austretende und in den Substratkörper 45 eingekoppelte Strahlung umgelenkt, so dass eine Hauptabstrahlungsrichtung des Halbleiterlasers in einem Winkel zur Haupterstreckungsebene des aktiven Bereichs 20 angeordnet ist. In dem in den Figuren 3A und 3B dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel 90°, so dass der Halbleiterlaser senkrecht zur Haupterstreckungsebene des aktiven Bereichs 20 abstrahlt. Die Strahlungsaustrittsfläche 46 verläuft also parallel zur Haupterstreckungsebene des aktiven Bereichs 20 des Halbleiters 1. Es können jedoch auch andere Abstrahlwinkel eingestellt werden.

Bei dem in Figur 3A dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Reflexion an der Umlenkfläche 48 durch Totalreflexion an der Umlenkfläche 48. Davon abweichend kann an der Umlenkfläche 48 jedoch auch eine reflektierende Schicht, beispielsweise eine Metallschicht oder ein Bragg-Spiegel angeordnet sein.

Eine solche Umlenkfläche kann auch bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 2A und 2B, 4, 5, 6 und 7 Anwendung finden.

Das in Figur 4 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in Zusammenhang mit den Figuren 1A und 1B beschriebenen Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu weist die Strahlungsaustrittsfläche 46 des Substratkörpers 45 eine reflexionsmindernde Beschichtung 47 auf. Mittels der reflexionsmindernden Beschichtung kann der Strahlungsanteil miniminiert werden, der an der Strahlungsaustrittsfläche 46 reflektiert und somit in den Halbleiterkörper 2 zurückgekoppelt werden könnte.

Eine solche reflexionsmindernde Beschichtung 47 kann auch bei den übrigen Ausführungsbeispielen mit einem Substratkörper 45 Anwendung finden.

Das in Figur 5 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den Figuren 1A und 1B dargestellten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu ist die Schichtfolge 4 mittels einer Verbindungsschicht 25 an einer Seitenfläche 25 des Halbleiterkörpers 2 befestigt. Eine Schichtdicke der Klebeschicht 65 ist vorzugsweise klein gegenüber der Wellenlänge der vom Halbleiterlaser abzustrahlenden Strahlung, so dass die Klebeschicht 65 keinen signifikanten störenden Einfluss auf den Resonator zwischen den Resonatorflächen 5 hat. Beispielsweise beträgt eine Schichtdicke der Klebeschicht zwischen einschließlich 10 nm und einschließlich 40 nm.

Die Klebeschicht 65 kann auch auf eine Beschichtung 7 der Seitenfläche 25 aufgebracht sein (vgl. Figur 2A). Beispielsweise ist die Beschichtung 7 eine reflexionsmindernde Beschichtung. Zum Beispiel beträgt die Reflektivität für die Wellenlänge maximaler Emission der vom Halbleiterlaser 1 abgestrahlten Strahlung höchstens 1 %. Dadurch kann der Einfluss der Klebeschicht 65 auf die optischen Eigenschaften des Halbleiterlasers 1 weiter verringert werden.

Weiterhin weist der in Figur 5 dargestellte Halbleiterlaser 1 an der Strahlungsaustrittsfläche 46 des Substratkörpers 45 wie in Zusammenhang mit Figur 4 beschrieben eine reflexionsmindernde Beschichtung 47 auf. Eine solche reflexionsmindernde Beschichtung 47 ist jedoch nicht zwingend erforderlich .

Das in Figur 6 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den Figuren 1A und 1B beschriebenen Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu ist zwischen der Seitenfläche 25 des Halbleiterkörpers 2 und der

Schichtfolge 4 ein Abstandshalter 8 angeordnet. Die Schichtfolge 4 ist über den Abstandshalter 8 an der Seitenfläche 25 befestigt. Die Befestigung kann wie vorstehend beschrieben über eine direkte Bondverbindung oder eine Klebeschicht erfolgen.

Zwischen der Seitenfläche 25 und der Schichtfolge 4 ist ein Spalt 85 ausgebildet. Der Spalt 85 ist frei von festem Material und beispielsweise durch ein Gas, etwa Luft, gefüllt. Die Breite des Spalts 85, also die Ausdehnung entlang der Hauptabstrahlungsrichtung der Strahlung ist zweckmäßigerweise klein gegenüber der Wellenlänge der vom Halbleiterlaser zu erzeugenden Strahlung. Dadurch kann die Reflexion an der Seitenfläche 25, also der Grenzfläche zum Spalt 85 vermindert werden. Bei einer Befestigung des Abstandhalters 8 über eine Klebeschicht 65 kann die Klebung so ausgebildet werden, dass die Strahlung nicht durch die Klebeschicht hindurch aus dem Halbleiterlaser ausgekoppelt werden muss.

Das in Figur 7 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit Figur 6 beschriebenen Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu ist der Abstandshalter 8 seitlich der Schichtfolge 4 angeordnet. Der Abstandshalter 8 und die Schichtfolge 4 befinden sich also nebeneinander auf dem Substratkörper 45. Die Schichtfolge 4 ist also über den Substratkörper 45 an der Seitenfläche 25 befestigt .

Das in Figur 8 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den Figuren 1A und 1B beschriebenen Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu ist der Halbleiterlaser 1 frei von einem Substratkörper 45 der Schichtfolge 4. In diesem Fall bildet also die Schichtfolge 4 selbst die Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterlasers 1, wenn die Schichtfolge 4 den Resonatorspiegel 5 bildet, an dem im Betrieb des Halbleiterlasers 1 die Strahlung austritt.

In den Figuren 9A bis 9C ist ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers 1 beschrieben .

Wie in Figur 9A dargestellt, wird ein Halbleiterkörper 2 bereitgestellt, wobei der Halbleiterkörper eine Mehrzahl von Resonatorbereichen aufweist, wobei die Resonatorbereiche 3 entlang einer lateralen Richtung nebeneinander angeordnet sind und jeweils eine zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich 20 aufweisen (vergleiche Figur 1B).

In Figur 9B ist eine Schichtfolge 4 dargestellt, die auf einem Substratkörper 45 ausgebildet worden ist. Beispielsweise können die Schichtfolgen durch ein PVD- Verfahren und/oder ein CVD-Verfahren abgeschieden und nachfolgend strukturiert werden. Die Abscheidung dielektrischer Schichten und die Strukturierung kann auch mehrfach wiederholt werden.

Die Teilbereiche 40 werden auf dem Substratkörper 45 mit einem Mittenabstand zueinander ausgebildet, der dem Mittenabstand der Resonatorbereiche 3 des Halbleiterkörpers 2 entspricht, an dem die Schichtfolge 4 in einem nachfolgenden Herstellungsschritt befestigt wird.

Figur 9C zeigt den fertiggestellten Halbleiterlaser 1 mit der an einer Seitenfläche 25 des Halbleiterkörpers 2 befestigten Schichtfolge 4, wobei die Schichtfolge 4 für mindestens einen Resonatorbereich, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel für jeden der vier Resonatorbereiche, zumindest einen Teil eines Resonatorspiegels 5, bildet.

Das Verfahren ist exemplarisch anhand der Herstellung eines Halbleiterlasers 1 gezeigt, der wie im Zusammenhang mit den Figuren 1A und 1B beschrieben ausgebildet ist.

Das Verfahren kann jedoch auch abgewandelt werden, um die im Zusammenhang mit den übrigen Ausführungsbeispielen beschriebenen Halbleiterlaser 1 oder andere Halbleiterlaser herzustellen. Beispielsweise kann die Schichtfolge 4 anstatt durch eine direkte Bondverbindung auch durch eine Klebeschicht an der Seitenfläche 25 des Halbleiterkörpers 2 befestigt werden. Weiterhin kann der Substratkörper 45 entfernt werden, beispielsweise noch bevor die Schichtfolge 4 an der Seitenfläche 25 des Halbleiterkörpers 2 befestigt wird.

Die substratlose Schichtfolge 4 kann beispielsweise durch ein Transferverfahren an die Seitenfläche 25 angedrückt werden.

Mit dem beschriebenen Verfahren kann separat zu den Halbleiterkörper 2 des Halbleiterlasers 1 eine Schichtfolge 4 ausgebildet werden, die für einzelne Resonatorbereiche 3 des Halbleiterlasers 1 voneinander verschiedene Reflexionsprofile aufweist. Die Reflexionsprofile können noch vor der Befestigung an dem Halbleiterlaser überprüft werden. Weiterhin können geringfügige Abweichungen in der Emissionswellenlänge des Halbleiterlasers durch eine Anpassung der separat hergestellten Schichtfolge vorgenommen werden, ohne die Herstellung der Halbleiterkörper 2 an sich verändern zu müssen. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102020 133 174.6, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Bezugszeichenliste

1 Halbleiterlaser

2 Halbleiterkörper

20 aktiver Bereich

21 erste Halbleiterschicht

22 zweite Halbleiterschicht

25 Seitenfläche

29 Träger

3 Resonatorbereich

4 Schichtfolge

40 Teilbereich

45 Substratkörper

46 Strahlungsaustrittsfläche

47 reflexionsmindernde Beschichtung

48 Umlenkfläche

5 Resonatorspiegel

6 Verbindungsfläche

65 Klebeschicht

7 Beschichtung

75 hochreflektierende Beschichtung

8 Abstandshalter

85 Spalt

9 Pfeil