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1. WO2020109534 - OPTOELECTRONIC SEMICONDUCTOR COMPONENT HAVING A REFRACTIVE INDEX MODULATION LAYER AND METHOD FOR PRODUCING THE OPTOELECTRONIC SEMICONDUCTOR COMPONENT

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[ DE ]

OPTOELEKTRONISCHES HALBLEITERBAUELEMENT MIT EINER

BRECHUNGSINDEXMODULATIONSSCHICHT UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG DES OPTOELEKTRONISCHEN HALBLEITERBAUELEMENTS

HINTERGRUND

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2018 130 560.5, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

In optoelektronischen Halbleiterbauelementen mit optischem Re sonator wie beispielsweise Halbleiter-Laservorrichtungen kann eine Emissionswellenlänge durch Einstellen der optischen Weg länge in dem optischen Resonator, beispielsweise bei der Her stellung des optoelektronischen Halbleiterbauelements einge stellt werden.

Generell wird nach Konzepten gesucht, mit denen eine Emissi onswellenlänge eines optoelektronischen Halbleiterbauelements auf einfachere Weise einstellbar ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes optoelektronisches Halbleiterbauelement sowie ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines optoelektroni schen Halbleiterbauelements und eine verbesserte optoelektro nische Halbleitervorrichtung zur Verfügung zu stellen.

Gemäß Ausführungsformen wird die Aufgabe durch das Verfahren und den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Pa tentansprüchen definiert.

ZUSAMMENFASSUNG

Gemäß Ausführungsformen umfasst ein optoelektronisches Halb leiterbauelement einen ersten Resonatorspiegel, einen zur Strahlungserzeugung geeigneten aktiven Bereich, und einen zweiten Resonatorspiegel. Der erste Resonatorspiegel, der ak tive Bereich und der zweite Resonatorspiegel sind jeweils ent lang einer ersten Richtung übereinander angeordnet. Das opto elektronische Halbleiterbauelement weist ferner eine Bre chungsindexmodulationsschicht innerhalb eines optischen Re sonators zwischen dem ersten Resonatorspiegel und dem zweiten Resonatorspiegel auf. Die Brechungsindexmodulationsschicht weist erste Bereiche eines ersten Materials mit einem ersten Brechungsindex sowie zweite Bereiche eines zweiten Materials mit einem zweiten Brechungsindex auf. Dabei sind die ersten Bereiche in einer zur ersten Richtung senkrechten Ebene an grenzend an die zweiten Bereiche angeordnet.

Beispielsweise ist eine laterale Ausdehnung des ersten Be reichs und des zweiten Bereichs jeweils kleiner als 0r2Xeff, wobei eff eine effektive Emissionswellenlänge im optischen Re sonator ist. Die laterale Ausdehnung des ersten Bereichs und des zweiten Bereichs kann jeweils kleiner als 100 nm sein.

Das optoelektronisches Halbleiterbauelement kann ferner eine erste Schicht des ersten Materials und eine zweite Schicht des zweiten Materials umfassen, wobei die Brechungsindexmodulati onsschicht zwischen der ersten und der zweiten Schicht ange ordnet ist und jeweils an die erste und an die zweite Schicht angrenzt .

Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann ein oberflä chenemittierender Halbleiterlaser sein.

Beispielsweise kann ein Unterschied zwischen dem ersten Bre chungsindex und dem zweiten Brechungsindex größer als 0,01, beispielsweise größer als 0,1 sein. Generell kann die Verände rung der Emissionswellenlänge durch die spezielle Brechungsin dexmodulationsschicht umso größer sein, je größer der Unter schied zwischen dem ersten Brechungsindex und dem zweiten Bre chungsindex ist. Entsprechend kann der Unterschied auch größer als 0,5 oder 0,6 oder 0,8 sein.

Eine optoelektronische Halbleitervorrichtung enthält eine An ordnung einer Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterbau elementen wie vorstehend beschrieben. Dabei ist die Brechungs indexmodulationsschicht von mindestens einem ersten und einem zweiten optoelektronischen Halbleiterbauelement jeweils unter schiedlich ausgebildet.

Beispielsweise weist die Brechungsindexmodulationsschicht des ersten optoelektronischen Halbleiterbauelements ein anderes Verhältnis von Flächenanteilen des ersten Bereichs zu Flächen anteilen des zweiten Bereichs als die Brechungsindexmodulati onsschicht des zweiten optoelektronischen Halbleiterbauele ments auf.

Es ist auch möglich, dass die Brechungsindexmodulationsschicht des ersten optoelektronischen Halbleiterbauelements eine ande re Schichtdicke als die Brechungsindexmodulationsschicht des zweiten optoelektronischen Halbleiterbauelements aufweist.

Beispielsweise sind die mindestens zwei Halbleiterbauelemente separat voneinander ansteuerbar sind.

Gemäß Ausführungsformen ist die optoelektronische Halbleiter vorrichtung aus einem Spektrometer oder einer Sende- oder Emp fangsvorrichtung für mehrere verschiedene Kanäle ausgewählt.

Ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halb leiterbauelements umfasst das Ausbilden eines ersten Resona torspiegels, Ausbilden eines zur Strahlungserzeugung geeigne ten aktiven Bereichs, und Ausbilden eines zweiten Resonator spiegels. Dabei werden der erste Resonatorspiegel, der aktive Bereich und der zweite Resonatorspiegel jeweils entlang einer ersten Richtung übereinander angeordnet. Das Verfahren umfasst weiterhin das Ausbilden einer Brechungsindexmodulationsschicht innerhalb eines optischen Resonators zwischen dem ersten Re sonatorspiegel und dem zweiten Resonatorspiegel. Dabei weist die Brechungsindexmodulationsschicht erste Bereiche eines ers ten Materials mit einem ersten Brechungsindex sowie zweite Be reiche eines zweiten Materials mit einem zweiten Brechungsin dex auf, wobei die ersten Bereiche in einer zur ersten Rich tung senkrechten Ebene angrenzend an die zweiten Bereiche an geordnet werden.

Beispielsweise umfasst das Ausbilden der Brechungsindexmodula tionsschicht das Ausbilden einer ersten Schicht aus einem ers ten Material mit einem ersten Brechungsindex, das Strukturie ren des ersten Materials, so dass Öffnungen in einer ersten Hauptoberfläche der ersten Schicht ausgebildet werden, und das Aufbringen einer zweiten Schicht aus einem zweiten Material mit einem zweiten Brechungsindex über der ersten Schicht. Als Folge werden die Öffnungen in der ersten Schicht mit dem zwei ten Material gefüllt werden.

Beispielsweise erstrecken sich die Öffnungen sich bis zu einer zweiten Hauptoberfläche der ersten Schicht.

Gemäß Ausführungsformen kann eine laterale Ausdehnung des ers ten Bereichs und des zweiten Bereichs jeweils kleiner als 0,2 eff sein, wobei eff eine effektive Emissionswellenlänge im optischen Resonator ist.

Beispielsweise ist die laterale Ausdehnung des ersten Bereichs und des zweiten Bereichs jeweils kleiner als 100 nm.

Ein Unterschied zwischen dem ersten Brechungsindex und dem zweiten Brechungsindex kann größer als 0,01 oder insbesondere größer als 0,1 sein.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die begleitenden Zeichnungen dienen dem Verständnis von Aus führungsbeispielen der Erfindung. Die Zeichnungen veranschau lichen Ausführungsbeispiele und dienen zusammen mit der Be schreibung deren Erläuterung. Weitere Ausführungsbeispiele und zahlreiche der beabsichtigten Vorteile ergeben sich unmittel bar aus der nachfolgenden Detailbeschreibung. Die in den Zeichnungen gezeigten Elemente und Strukturen sind nicht not wendigerweise maßstabsgetreu zueinander dargestellt. Gleiche Bezugszeichen verweisen auf gleiche oder einander entsprechen de Elemente und Strukturen.

FIG. 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines opto elektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen.

FIGS. 2A und 2B veranschaulichen ein Verfahren zur Herstellung einer Brechungsmodulationsschicht .

FIGS. 2C und 2D zeigen jeweils schematische Querschnittsan sichten einer Brechungsindexmodulationsschicht.

FIG. 3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer opto elektronischen Halbleitervorrichtung .

FIG. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer optoelektroni schen Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsformen.

FIG. 5 fasst ein Verfahren gemäß Ausführungsformen zusammen.

DETAILBESCHREIBUNG

In der folgenden Detailbeschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen zu Veranschaulichungszwecken spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind. In diesem Zusammenhang wird eine Richtungsterminologie wie "Oberseite", "Boden", "Vorder seite", "Rückseite", "über", "auf", "vor", "hinter", "vorne", "hinten" usw. auf die Ausrichtung der gerade beschriebenen Fi guren bezogen. Da die Komponenten der Ausführungsbeispiele in unterschiedlichen Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie nur der Erläuterung und ist in keiner Weise einschränkend.

Die Beschreibung der Ausführungsbeispiele ist nicht einschrän kend, da auch andere Ausführungsbeispiele existieren und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne dass dabei vom durch die Patentansprüche definierten Be reich abgewichen wird. Insbesondere können Elemente von im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen mit Elementen von anderen der beschriebenen Ausführungsbeispiele kombiniert werden, sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt.

Die Begriffe "Wafer" oder "Halbleitersubstrat", die in der folgenden Beschreibung verwendet sind, können jegliche auf Halbleiter beruhende Struktur umfassen, die eine Halb leiteroberfläche hat. Wafer und Struktur sind so zu verstehen, dass sie dotierte und undotierte Halbleiter, epitaktische Halbleiterschichten, gegebenenfalls getragen durch eine Basis- unterläge, und weitere Halbleiterstrukturen einschließen. Bei spielsweise kann eine Schicht aus einem ersten Halbleitermate rial auf einem Wachstumssubstrat aus einem zweiten Halbleiter material oder aus einem isolierenden Material, beispielsweise auf einem Saphirsubstrat, gewachsen sein. Je nach Verwendungs zweck kann der Halbleiter auf einem direkten oder einem indi rekten Halbleitermaterial basieren. Beispiele für zur Erzeu gung elektromagnetischer Strahlung besonders geeignete Halb leitermaterialien umfassen insbesondere Nitrid-Halbleiterver bindungen, durch die beispielsweise ultraviolettes, blaues oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispiels weise GaN, InGaN, A1N, AlGaN, AlGalnN, AlGalnBN, Phosphid-Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise grünes oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaAsP, AlGalnP, GaP, AlGaP, sowie weitere Halbleitermateria lien wie AlGaAs, SiC, ZnSe, GaAs, ZnO, Ga203, Diamant, hexago nales BN und Kombinationen der genannten Materialien. Das stö chiometrische Verhältnis der Verbindungshalbleitermaterialien kann variieren. Weitere Beispiele für Halbleitermaterialien können Silizium, Silizium-Germanium und Germanium umfassen. Im Kontext der vorliegenden Beschreibung schließt der Begriff „Halbleiter" auch organische Halbleitermaterialien ein.

Der Begriff „Substrat" umfasst generell isolierende, leitende oder Halbleitersubstrate.

Die Begriffe "lateral" und "horizontal", wie in dieser Be schreibung verwendet, sollen eine Orientierung oder Ausrich tung beschreiben, die im Wesentlichen parallel zu einer ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft. Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Wafers oder ei nes Chips (Die) sein.

Die horizontale Richtung kann beispielsweise in einer Ebene senkrecht zu einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten liegen.

Der Begriff "vertikal", wie er in dieser Beschreibung verwen det wird, soll eine Orientierung beschreiben, die im Wesentli chen senkrecht zu der ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft. Die vertikale Richtung kann bei spielsweise einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten entsprechen.

Soweit hier die Begriffe "haben", "enthalten", "umfassen", "aufweisen" und dergleichen verwendet werden, handelt es sich um offene Begriffe, die auf das Vorhandensein der besagten Elemente oder Merkmale hinweisen, das Vorhandensein von weite ren Elementen oder Merkmalen aber nicht ausschließen. Die un bestimmten Artikel und die bestimmten Artikel umfassen sowohl den Plural als auch den Singular, sofern sich aus dem Zusam menhang nicht eindeutig etwas anderes ergibt.

Im Kontext dieser Beschreibung bedeutet der Begriff „elektrisch verbunden" eine niederohmige elektrische Verbin dung zwischen den verbundenen Elementen. Die elektrisch ver bundenen Elemente müssen nicht notwendigerweise direkt mitei nander verbunden sein. Weitere Elemente können zwischen elektrisch verbundenen Elementen angeordnet sein.

Wie im Rahmen der vorliegenden Beschreibung erläutert werden wird, weist das optoelektronische Halbleiter-Bauelement gemäß Ausführungsformen einen optischen Resonator auf, der zwischen einem ersten und einem zweiten Resonatorspiegel ausgebildet ist. Dabei können der erste und der zweite Resonatorspiegel jeweils als DBR-Schichtstapel („distributed bragg reflector") ausgebildet sein und eine Vielzahl alternierende dünne Schich- ten unterschiedlicher Brechungsindizes aufweisen. Die dünnen Schichten können jeweils aus einem Halbleitermaterial oder auch aus einem dielektrischen Material aufgebaut sein. Bei spielsweise können die Schichten abwechselnd einen hohen Bre chungsindex (n > 3,1 bei Verwendung von Halbleitermaterialien, n > 1,7 bei Verwendung von dielektrischen Materialien) und ei nen niedrigen Brechungsindex (n < 3,1 bei Verwendung von Halb leitermaterialien, n < 1,7 bei Verwendung von dielektrischen Materialien) haben. Beispielweise kann die Schichtdicke l/4 o-der ein Mehrfaches von l/4 betragen, wobei l die Wellenlänge des zu reflektierenden Lichts in dem entsprechenden Medium an gibt. Der erste oder der zweite Resonatorspiegel kann bei spielweise 2 bis 50 Einzelschichten aufweisen. Eine typische Schichtdicke der einzelnen Schichten kann etwa 30 bis 150 nm, beispielweise 50 nm betragen. Der Schichtstapel kann weiterhin eine oder zwei oder mehrere Schichten enthalten, die dicker als etwa 180 nm, beispielsweise dicker als 200 nm sind.

FIG. 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines opto elektronischen Halbleiterbauelements 10 gemäß Ausführungsfor men. Das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 weist einen ersten Resonatorspiegel 110, einen zur Strahlungserzeugung ge eigneten aktiven Bereich 115 sowie einen zweiten Resonator spiegel 120 auf. Der erste Resonatorspiegel, der aktive Be reich und der zweite Resonatorspiegel sind jeweils entlang ei ner ersten Richtung übereinander angeordnet. Das optoelektro nische Halbleiterbauelement weist ferner eine Brechungsin dexmodulationsschicht innerhalb eines optischen Resonators zwischen dem ersten Resonatorspiegel 110 und dem zweiten Re sonatorspiegel 120 auf. Die Brechungsindexmodulationsschicht 133 weist erste Bereiche 136 eines ersten Materials mit einem ersten Brechungsindex sowie zweite Bereiche 138 eines zweiten Materials mit einem zweiten Brechungsindex auf. Die ersten Be- reiche 136 sind in einer zur ersten Richtung senkrechten Ebene angrenzend an die zweiten Bereiche 138 angeordnet.

Der erste und der zweite Resonatorspiegel 110, 120 können je weils alternierend gestapelte erste Schichten einer ersten Zu sammensetzung und zweite Schichten einer zweiten Zusammenset zung aufweisen. Beispielsweise kann der zweite Resonatorspie gel 120 ein Gesamtreflexionsvermögen von 99,8% oder mehr für die erzeugte elektromagnetische Strahlung haben. Bei der Dar stellung des ersten und zweiten Resonatorspiegels 110, 120 in Fig. 1 ist zu berücksichtigen, dass es möglich ist, dass diese nicht maßstabsgetreu sind. Beispielsweise sind der erste Re sonatorspiegel 110 sowie die Brechungsindexmodulationsschicht vergrößert dargestellt, um insbesondere Eigenschaften der Bre chungsindexmodulationsschicht 133 besser zu veranschaulichen.

Beispielsweise kann der aktive Bereich 115 auf einem Nitrid-, einem Phosphid- oder einem Arsenid-Verbindungshalbleiter-material basieren. Der aktive Bereich 115 kann beispielsweise dotierte Halbleiterschichten, beispielsweise eine erste do tierte Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise p-Typ enthalten. Der aktive Bereich 115 kann weiterhin eine zweite dotierte Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise n-Typ enthalten. Beispielsweise können diese Schichten Mantel- oder Cladding Schichten sein. Der aktive Bereich 115 kann weiterhin eine ak tive Zone 117 aufweisen. Die aktive Zone 117 kann beispiels weise einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Ein-fach-Quantentopf-Struktur (SQW, single quantum well) oder eine Mehrfach-Quantentopf-Struktur (MQW, multi quantum well) zur Strahlungserzeugung aufweisen. Die Bezeichnung „Quantentopf-Struktur" entfaltet hierbei keine Bedeutung hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter an- derem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte sowie jede Kombination dieser Schichten.

Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann beispielsweise in einem Halbleiterkörper 109 ausgebildet sein. Der Halb leiterkörper 109 kann beispielsweise ein Substrat 100, den zweiten Resonatorspiegel 120 und den aktiven Bereich 115 um fassen. Beispielsweise kann das Substrat 100 GaN, GaP oder GaAs oder Silizium enthalten. Die weiteren Schichten des Halb leiterkörpers können beispielsweise Nitrid-, Phosphid oder Ar-senid-Halbleitermaterialien enthalten. Der Halbleiterkörper 109 kann beispielsweise Schichten der Zusammensetzung AlxGayIni-x-yAs mit 0 < x, y < 1 enthalten. Gemäß weiteren Ausfüh rungsformen kann der Halbleiterkörper 109 auch auf dem InGaAlP-Materialsystem basieren und Halbleiterschichten der Zusammensetzung InxGayAli-x-yPzAsi-z mit 0 < x,y,z < 1 umfassen. Die Schichten des Halbleiterkörpers 109 können beispielsweise epitaktisch ausgebildet sein.

Beispielsweise ist der zweite Resonatorspiegel 120 zwischen dem aktiven Bereich 115 und dem Substrat 100 angeordnet. Der erste Resonatorspiegel 110 und der zweite Resonatorspiegel 120 bilden einen optischen Resonator für die in dem aktiven Be reich 115 erzeugte elektromagnetische Strahlung 20. Der erste Resonatorspiegel 110 kann beispielsweise aus dielektrischen Schichten aufgebaut sein. Der erste Resonatorspiegel 110 kann als Auskoppelspiegel der im Resonator mittels induzierter Emission erzeugten Laserstrahlung ausgebildet sein und besitzt beispielsweise ein geringeres Reflexionsvermögen als der zwei te Resonatorspiegel 120. In dem aktiven Bereich 115 erzeugte elektromagnetische Strahlung 15 wird beispielsweise in verti kaler Richtung aus dem optoelektronischen Bauelement emit tiert. Die Emission kann insbesondere in einer Richtung erfol gen, die eine erste Hauptoberfläche 105 des optoelektronischen Halbleiterbauelements schneidet. Die erste Hauptoberfläche 105 des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist senkrecht zur ersten Richtung, das heißt der Anordnungsrichtung von erstem und zweitem Resonatorspiegel

Gemäß Ausführungsformen kann wie vorstehend beschrieben das optoelektronische Halbleiterbauelement eine Halbleiter-Laservorrichtung, insbesondere ein Oberflächen-emittierender Halbleiterlaser („vertical cavity surface emitting laser", VCSEL) sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das opto elektronische Halbleiterbauelement auch eine gewöhnliche LED oder ein lichtaufnehmendes Element sein. Beispielsweise kann das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 einen Detektor bilden .

Gemäß Ausführungsformen kann ein erstes Kontaktelement 125 im Bereich der ersten Hauptoberfläche 105 des optoelektronischen Halbleiterbauelements angeordnet sein. Beispielsweise kann ei ne Oberfläche des ersten Kontaktelements 125 eine erste Haupt oberfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements 10 bilden. Ein zweites Kontaktelement 127 kann an eine zweite Hauptoberfläche des Substrats 100 angrenzen. Dabei sind das erste Kontaktelement 125 und das zweite Kontaktelement 127 mit dem aktiven Bereich 115 elektrisch verbunden. Beispielsweise kann das erste Kontaktelement 125 mit einer ersten Mantel schicht, beispielsweise von einem ersten Leitfähigkeitstyp, verbunden sein. Das zweite Kontaktelement 127 kann mit einer zweiten Mantelschicht, beispielsweise von einem zweiten Leit fähigkeitstyp, verbunden sein.

Das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 stellt bei spielsweise einen Halbleiterlaser dar, der beispielsweise über das erste Kontaktelement 125 und das zweite Kontaktelement 127 elektrisch gepumpt werden kann. Beispielsweise kann mindestens eine Schicht des zweiten Resonatorspiegels 120 mit Dotierstof fen eines zweiten Leitfähigkeitstyps , beispielsweise n-Typ, dotiert sein. Die an das erste Kontaktelement 125 angrenzende Halbleiterschicht kann mit Dotierstoffen des ersten Leitfähig keitstyps, beispielsweise p-Typ, dotiert sein. Das Substrat 100 kann ebenfalls dotiert sein, beispielsweise mit Dotier stoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps . Gemäß weiteren Ausfüh rungsformen kann der zweite Resonatorspiegel 120 aus die lektrischen Schichten aufgebaut sein. Das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 kann weitere Komponenten umfassen, die für den Betrieb einer (oberflächenemittierenden) Halbleiterla servorrichtung nützlich oder erforderlich sind. Beispielsweise kann eine Schicht 118 zur Stromeinschnürung vorgesehen sein, die bewirkt, dass der Strom ausschließlich in dem Bereich fließt, in dem Laserstrahlung erzeugt wird. Beispielsweise kann die Schicht 118 zur Stromeinschnürung elektrisch isolie rend sein. Die Schicht 118 zur Stromeinschnürung kann in einem Bereich unterbrochen sein, der zwischen den Resonatorspiegeln angeordnet ist und mit den Resonatorspiegeln überlappt. Bei spielsweise kann die Schicht 118 zur Stromeinschnürung angren zend an die aktive Zone 117 angeordnet sein. Gemäß Ausgestal tungen kann die Schicht 118 zur Stromeinschnürung eine hoch aluminiumhaltige Schicht sein, die lokal oxidiert wird und an den oxidierten Stellen isolierend ist. Gemäß weiteren Ausfüh rungsformen kann die Schicht 118 zur Stromeinschnürung auch weggelassen oder in alternativer Weise ausgeführt sein. Auch kann gegebenenfalls eine Stromeinschnürung auf andere Weise erreicht werden.

Die Brechungsindexmodulationsschicht 133 wird detaillierter unter Bezugnahme auf die FIGS. 2C und 2D erläutert werden. Ge mäß Ausführungsformen können an die Brechungsindexmodulations schicht 133 eine erste dielektrische Schicht 135 aus dem ers ten Material mit dem ersten Brechungsindex sowie eine zweite dielektrische Schicht 137 aus dem zweiten Material mit dem zweiten Brechungsindex angrenzen. Weiterhin kann gemäß Ausfüh rungsformen der erste Resonatorspiegel 110 an die Brechungsin dexmodulationsschicht 133 oder die zweite dielektrische Schicht 137 des zweiten Brechungsindex angrenzen. Gemäß weite ren Ausführungsformen können aber auch weitere Schichten zwi schen der Brechungsindexmodulationsschicht 133 und dem ersten Resonatorspiegel 110 angeordnet sein. Gemäß weiteren Ausfüh rungsformen kann die Brechungsindexmodulationsschicht 133 auch benachbart zu dem zweiten Resonatorspiegel 120 angeordnet sein .

Wie beschrieben worden ist, weist die Brechungsindexmodulati onsschicht 133 erste Bereiche 136 eines ersten Materials mit einem ersten Brechungsindex sowie zweite Bereiche 138 eines zweiten Materials mit einem zweiten Brechungsindex auf, wobei die ersten Bereiche 136 in einer zur ersten Richtung senkrech ten Ebene angrenzend an die zweiten Bereiche 138 angeordnet sind .

Dabei kann diese Brechungsindexmodulationsschicht 133 wie folgt ausgebildet werden. Zunächst wird, wie in Fig. 2A ge zeigt ist, eine erste dielektrische Schicht 135 in einer Schichtdicke di ausgebildet. Sodann wird die erste dielektri sche Schicht 135, beispielsweise unter Verwendung photolitho graphischer Verfahren strukturiert. Beispielsweise wird eine Photomaske erzeugt, und Öffnungen 139 werden in einer ersten Hauptoberfläche 134 der ersten dielektrischen Schicht 135, beispielsweise durch Ätzen erzeugt. Die erste dielektrische Schicht 135 wird beispielsweise derart strukturiert, dass eine maximale horizontale Abmessung S2 der Öffnungen 139 kleiner als 0,2Äeff ist, wobei Äeff eine effektive Emissionswellenlänge im optischen Resonator ist. Weiterhin ist gemäß Ausführungsformen ein maximaler Abstand Si zwischen benachbarten Öffnungen 139 kleiner als 0,2 eff. Beispielsweise sind Si und S2 jeweils klei ner als 100 nm. Die Ätzung wird bis zu einer vorbestimmten Tiefe durchgeführt. Gemäß Ausführungsformen kann die Ätzung auch bis zu einer zweiten Hauptoberfläche der ersten die lektrischen Schicht 135 durchgeführt werden. Als Ergebnis wer den erste Bereiche 136 des ersten dielektrischen Materials er halten, die durch die Öffnungen 139 voneinander getrennt sind, wie auch in FIG. 2B gezeigt ist.

Anschließend wird eine zweite dielektrische Schicht 137 aus einem zweiten dielektrischen Material mit einem zweiten Bre chungsindex ausgebildet. Als Ergebnis füllt das zweite die lektrische Material die Öffnungen 139 aus. Die zweite Schicht 137 wird beispielsweise anschließend planarisiert, beispiels weise durch ein CMP („chemisch-mechanisches Polier") -Verfahren. Als Ergebnis wird die in FIG. 2C gezeigte Struktur erhalten .

FIG. 2C zeigt eine vergrößerte schematische Querschnittsan sicht der Brechungsindexmodulationsschicht 133 sowie optional der angrenzenden ersten und zweiten dielektrischen Schicht 135, 137.

Dadurch ergibt sich ein effektiver Brechungsindex n3 der Bre chungsindexmodulationsschicht 133 in Abhängigkeit von den Flä chenanteilen, die jeweils durch die ersten Bereiche 136 und die zweiten Bereiche 138 belegt werden, wie folgt:

r3 - (ni · Ai + n2 · A2) / (A1+A2)

Dabei bezeichnet Ai jeweils die Summe aller Bereiche 136, die durch das erste Material belegt werden. A2 bezeichnet die Summe aller Bereiche 138, die durch das zweite Material belegt wer- den. Entsprechend ändert sich die optische Weglänge in der Brechungsindexmodulationsschicht 133 zu n · d .

Auf diese Weise lässt sich durch eine Variation der Flächenan teile der ersten Bereiche 136 und der zweiten Bereiche 138 die optische Weglänge zwischen dem ersten und dem zweiten Resona torspiegel 110, 120 verändern. Auf diese Weise lässt sich in dem optischen Resonator die Emissionswellenlänge durch jeweils unterschiedliche Strukturierung der Brechungsindexmodulations schicht 133 gezielt einstellen. Mögliche Materialkombinationen der ersten und zweiten dielektrischen Schicht umfassen bei spielsweise SiO, TiO, NbO und SiN. Beispielsweise können die Materialien der ersten und zweiten dielektrischen Schicht der art ausgewählt werden, dass die Differenz der Brechungsindizes möglichst groß, beispielsweise größer als 0,5 oder 0,6 oder 0,8 ist .

Im Vergleich zu einem Schichtaufbau mit einer ersten die lektrischen Schicht 135 mit einer Schichtdicke dl und einem ersten Brechungsindex nl und einer zweiten dielektrischen Schicht 137 mit einer Schichtdicke d2 und einem zweiten Bre chungsindex n2 ändert sich die optische Weglänge wie folgt:

D1 = n3 d3-ni d3

Dabei entspricht d3 der Schichtdicke der Brechungsindexmodula tionsschicht 133 und kann beispielsweise der Ätztiefe entspre chen. Gemäß Ausführungsformen ist es nicht zwingend erforder lich, dass die Ätztiefe d3 exakt eingehalten wird. Gemäß Aus führungsformen kann auch nach Herstellung der Brechungsin dexmodulationsschicht 133 eine Kalibrierung stattfinden.

Wie beschrieben worden ist, kann zunächst eine erste dielekt rische Schicht 135 aufgebracht und sodann strukturiert werden, wobei nur ein Teil der ersten Schicht 135 weggeätzt wird und mit dem Material der zweiten Schicht 137 aufgefüllt wird. Ge mäß weiteren Ausführungsformen kann die erste Schicht 135 beim Strukturieren vollkommen durchgeätzt werden, so dass als Er gebnis lediglich die Brechungsindexmodulationsschicht 133 so wie gegebenenfalls die zweite dielektrische Schicht 137 vor liegt. Optional kann auch die zweite dielektrische Schicht 137 aus den Bereichen außerhalb der Brechungsindexmodulations schicht 133 entfernt werden. Eine erste Hauptoberfläche 137a der zweiten dielektrischen Schicht 137 muss nicht notwendiger weise parallel zu einer ersten Hauptoberfläche 135a verblei bender Teile der ersten Schicht 135 sein. Beispielsweise kann die erste Hauptoberfläche 137a in Bezug auf die erste Haupt oberfläche 135a der ersten Schicht 135 leicht geneigt sein. Ein Winkel zwischen der ersten Hauptoberfläche 137a und der ersten Hauptoberfläche 135 kann beispielsweise höchsten 5° be tragen. Weiterhin muss die erste Hauptoberfläche 137a nicht exakt horizontal sein sondern kann schwach geformt sein, bei spielsweise zu einer Linse. In diesem Fall kann ein Winkel zwischen der ersten Hauptoberfläche 137a der zweiten die lektrischen Schicht 137 und der ersten Hauptoberfläche 135a der ersten Schicht 135 kleiner als 5° sein.

Weiterhin kann eine erste Hauptoberfläche 137a der zweiten dielektrischen Schicht 137 beispielsweise durch ein Polierver fahren derart poliert sein, dass sie sehr glatt ist. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die erste Hauptoberfläche 137a auch rau sein.

Gemäß weiteren Ausführungsformen kann, wie in FIG. 2D darge stellt ist, die erste dielektrische Schicht 135 strukturiert werden, so dass Bereiche unterschiedlicher Schichtdicke d21, d22 vorliegen. Beispielsweise können in einem ersten photoli thographischen Verfahren Öffnungen in der ersten dielektri- sehen Schicht 135 geätzt werden, die sich bis zu einer ersten Tiefe erstrecken. In einem zweiten Verfahren werden Öffnungen in der ersten dielektrischen Schicht 135 geätzt, die sich bis zu einer zweiten Tiefe erstrecken. Als Ergebnis kann sich nach Ausbilden der zweiten dielektrischen Schicht 137 die in FIG. 2D gezeigte Struktur ergeben. Der Brechungsindex n3 ergibt sich dabei in den verschiedenen Unter-Schichten unter Berück sichtigung der jeweiligen Flächenbelegungen. Bei Ermittlung der effektiven Resonatorlänge wird die jeweilige Schichtdicke d3i und d32 der jeweiligen Unter-Schichten berücksichtigt. Als Ergebnis können verschiedene unterschiedliche Brechungsindizes für die Brechungsindexmodulationsschicht 133 eingestellt wer den .

Gemäß Ausführungsformen kann durch einen besonders großen Un terschied der Brechungsindizes der ersten Schicht 135 und der zweiten Schicht 137 oder durch eine größere Ätztiefe ein grö ßerer Unterschied der Resonatorlänge und damit der emittierten Wellenlänge erzielt werden. Beispielsweise kann bei einer Ätz tiefe von 35 nm, einem Brechungsindexunterschied von 0,5 zwi schen den Schichten 135, 137, bei einer Emissionswellenlänge von etwa 848 nm und beispielsweise bei einem kurzen Resonator mit einer Länge in Größenordnung einer effektiven Wellenlänge eine Wellenlängenverschiebung der Resonanzfrequenz von etwa 0,8 nm zu höheren Wellenlängen hin erzielt werden.

Durch das beschriebene Verfahren ist es auf einfache Weise möglich, die Emissionswellenlänge eines Halbleiterlasers auf einen gewünschten Wert einzustellen. Im Gegensatz zu herkömm lichen Verfahren, bei denen die Resonatorspiegel auf eine vor bestimmte Position eingestellt werden müssen, kann dies hier durch einfache Strukturierungsverfahren einer dielektrischen Schicht erfolgen.

Gemäß Ausführungsformen kann eine optoelektronische Halb leitervorrichtung eine Vielzahl von vorstehend beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelementen aufweisen. Bei spielsweise können mindestens zwei der optoelektronischen Halbleiterbauelemente ein unterschiedliches Verhältnis von Flächenanteilen des ersten Bereichs und Flächenanteilen des zweiten Bereichs aufweisen. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann auch eine Schichtdicke der Brechungsindexmodulations schicht variieren. Entsprechend ergibt sich jeweils eine un terschiedliche effektive Resonatorlänge. Als Ergebnis sind die optoelektronischen Halbleiterbauelemente in der Lage, jeweils unterschiedliche Wellenlängen zu emittieren.

FIG. 3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer opto elektronischen Halbleitervorrichtung mit einer Anordnung von mehreren optoelektronischen Halbleiterbauelementen. Die opto elektronische Halbleitervorrichtung 20 weist mehrere opto elektronische Halbleiterbauelemente 10i, IO2, ..., 10n auf. Die verschiedenen optoelektronischen Halbleiterbauelemente sind beispielsweise auf einem gemeinsamen Substrat 100 integriert und weisen beispielsweise einen gemeinsamen zweiten Resonator spiegel 120 sowie einen gemeinsamen aktiven Bereich 115 auf. Ferner können die verschiedenen optoelektronischen Halbleiter bauelemente 10i, IO2, ..., 10n über ein gemeinsames zweites Kon taktelement 127 elektrisch verbindbar sein. Jedes der opto elektronischen Halbleiterbauelemente 10i, IO2, ..., 10n weist ei nen eigenen ersten Resonatorspiegel 110 auf. Weiterhin weist jedes der einzelnen optoelektronischen Halbleiterbauelemente eine separate Brechungsindexmodulationsschicht 133i, 1332, ..., 133n auf. Jede dieser Brechungsindexmodulationsschichten 133i, 1332, ..., 133n kann einen unterschiedlichen effektiven Bre chungsindex und damit eine unterschiedliche Weglängenverschie bung aufweisen. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann auch die Schichtdicke der Brechungsindexmodulationsschicht jeweils un terschiedlich sein.

Beispielsweise kann bei dem in FIG. 3 dargestellten optoelekt ronischen Halbleitervorrichtung durch gezieltes und selektives Ansteuern eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 10i, IO2, ..., 10n über das zugehörige Kontaktelement 125 eine Emis sionswellenlänge der optoelektronischen Halbleitervorrichtung eingestellt werden. Dabei sollte der Strom durch Kontaktele ment 125i nur durch das oder die zugehörigen optoelektroni schen Halbleiterbauelemente lOi fließen. Dies kann beispiels weise dadurch erreicht werden, dass Trennelemente 119 vorgese hen sind, die beispielsweise als Gräben realisiert sind, die mit einem isolierenden Material gefüllt sind. Durch die Trenn elemente 119 wird verhindert, dass der Strom zu benachbarten optoelektronischen Halbleiterbauelementen fließt. Die Trenn elemente 119 sich beispielsweise durch die aktive Zone 117 er strecken. Die Trennelemente 119 können auch in anderer Weise ausgeführt sein.

Gemäß Ausführungsformen können auch Gruppen optoelektronischer Halbleiterbauelemente, die bei jeweils gleicher Wellenlänge emittieren, durch jeweils ein Kontaktelement 125i angesteuert werden. Beispielsweise können jeweils identische optoelektro nische Halbleiterbauelemente blockweise oder als Streifen an geordnet sein. Weiterhin können derartige Gruppen gezielt und selektiv angesteuert werden, so dass jeweils eine Emissions wellenlänge der optoelektronischen Halbleitervorrichtung ein gestellt werden kann.

Auf diese Weise kann mit nur einem photolithographischen Ver fahren eine optoelektronische Halbleitervorrichtung realisiert werden, bei der die Emissionswellenlänge einstellbar ist. Ge mäß Ausführungsformen können jeweils einzelne Halbleiterbau- elemente 10i, IO2, ..., 10n angesteuert werden. Gemäß weiteren Ausführungsformen können auch Gruppen von Halbleiterbauelemen ten, die beispielsweise jeweils identische Brechungsindexmodu lationsschichten aufweisen, angesteuert werden.

Die optoelektronische Halbleitervorrichtung kann beispielswei se eine Lichtquelle für ein Spektrometer oder ein Multikanal chip sein, der beispielsweise für nachrichtentechnische Anwen dungen verwendet werden kann. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Spektrometer zum Untersuchen von Lebensmitteln bei jeweils unterschiedlichen Wellenlängen verwendet werden. Dadurch lässt sich beispielsweise die Anwesenheit und Konzent ration unterschiedlicher Inhaltsstoffe ermitteln. Die opto elektronische Halbleitervorrichtung kann gemäß weiteren Aus führungsformen auch ein Detektor sein, der jeweils unter schiedliche Wellenlängen detektiert.

FIG. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer optoelektronischen Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsformen. Die Viel zahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen 10i, IO2, ..., 10n sind in ein gemeinsames Halbleitersubstrat 100 integriert und beispielsweise mit einem zweiten elektrischen Kontaktelement 127 verbunden. Jeweils unterschiedliche erste Kontaktelemente 125i, 1252, ..., 125n können mit jeweils separaten elektrischen Anschlüssen 131i, 1312, ..., 131n verbunden sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen können die einzelnen optoelektroni schen Halbleiterbauelemente auch in Reihen und Spalten angeordnet sein und durch entsprechendes Anlegen von Spannungen an Leitungen, die sich jeweils entlang einer Reihe und einer Spalte erstrecken, angeschlossen werden.

Aufgrund des einfachen Aufbaus lassen sich optoelektronische Halbleitervorrichtungen deutlich einfacher und mit größerer Packungsdichte hersteilen. Weiterhin ist es durch Vorsehen ei- ner Brechungsindexmodulationsschicht möglich, innerhalb eines Wafers eine systematische Variation der Emissionswellenlänge von Mitte zu Rand zu kompensieren. Weiterhin kann durch Vorse hen einer Brechungsindexmodulationsschicht eine Variation der Schichtdicke der Schichten, die den optischen Resonator auf bauen, kompensiert werden.

FIG. 5 fasst ein Verfahren gemäß Ausführungsformen zusammen. Ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halb leiterbauelements umfasst das Ausbilden (S100) eines ersten Resonatorspiegels, Ausbilden (S110) eines zur Strahlungserzeu gung geeigneten aktiven Bereichs, und Ausbilden (S120) eines zweiten Resonatorspiegels, wobei der erste Resonatorspiegel, der aktive Bereich und der zweite Resonatorspiegel jeweils entlang einer ersten Richtung übereinander angeordnet werden. Das Verfahren umfasst weiterhin das Ausbilden (S130) einer Brechungsindexmodulationsschicht innerhalb eines optischen Re sonators zwischen dem ersten Resonatorspiegel und dem zweiten Resonatorspiegel. Die Brechungsindexmodulationsschicht weist erste Bereiche eines ersten Materials mit einem ersten Bre chungsindex sowie zweite Bereiche eines zweiten Materials mit einem zweiten Brechungsindex auf, wobei die ersten Bereiche in einer zur ersten Richtung senkrechten Ebene angrenzend an die zweiten Bereiche angeordnet werden. Beispielsweise kann der erste Resonatorspiegel vor dem zweiten Resonatorspiegel ausge bildet werden. Alternativ kann der zweite Resonatorspiegel vor dem ersten Resonatorspiegel ausgebildet werden. Die Brechungs indexmodulationsschicht wird derart ausgebildet, dass sie in dem optischen Resonator angeordnet ist. Die Brechungsindexmo dulationsschicht kann vor oder nach Ausbilden des aktiven Be reichs ausgebildet werden.

Obwohl hierin spezifische Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben worden sind, werden Fachleute erkennen, dass die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen durch eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Ausgestaltungen ersetzt werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Die Anmeldung soll jegliche Anpas-sungen oder Variationen der hierin diskutierten spezifischen Ausführungsformen abdecken. Daher wird die Erfindung nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt.

BEZUGSZEICHENLISTE

10 Optoelektronisches Halbleiterbauelement

15 emittierte elektromagnetische Strahlung

16 absorbierte elektromagnetische Strahlung

20 optoelektronische Halbleitervorrichtung

100 Substrat

105 erste Hauptoberfläche des Halbleiterbauelements

109 Halbleiterkörper

110 erster Resonatorspiegel

115 aktiver Bereich

117 aktive Zone

118 Schicht zur Stromeinschnürung

119 Trennelement

120 zweiter Resonatorspiegel

125 erstes Kontaktelement

127 zweites Kontaktelement

131 erster Anschluss

132 zweite Hauptoberfläche der ersten dielektrischen

Schicht

133 BrechungsindexmodulationsSchicht

134 erste Hauptoberfläche der ersten dielektrischen Schicht

135 erste dielektrische Schicht

136 erster Bereich

137 zweite dielektrische Schicht

138 zweiter Bereich

139 Öffnungen in der ersten dielektrischen Schicht