DE102023116537A1 - METHOD FOR PRODUCING A PLURALITY OF SEMICONDUCTOR LASER CHIP, SEMICONDUCTOR LASER CHIP, METHOD FOR PRODUCING A LASER COMPONENT AND LASER COMPONENT - Google Patents

Abstract

Translated fromGerman

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl an Halbleiterlaserchips mit den folgenden Schritten angegeben:
- Bereitstellen einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (2) mit einer aktiven Schicht (5), die dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, auf einem Aufwachssubstrat (1), wobei die aktive Schicht (5) zwischen einer ersten Halbleiterschicht (3) und einer zweiten Halbleiterschicht (4) angeordnet ist,
- Erzeugen einer photonischen Schicht (9) mit einem photonischen Kristall (10) in der ersten/zweiten Halbleiterschicht (3, 4),
- Erzeugen von Ausnehmungen (7) ausgehend von einer Hauptfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (2), wobei die Ausnehmungen (7) die aktive Schicht (5) durchdringen,
- Aufbringen einer Vielzahl erster Kontaktstellen (13) in den Ausnehmungen (7), die die erste Halbleiterschicht (3) elektrisch kontaktieren und Aufbringen einer Vielzahl zweiter Kontaktstellen (14) über oder auf der Hauptfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (2), die die zweite Halbleiterschicht (4) elektrisch kontaktieren.
Außerdem werden ein Halbleiterlaserchip, ein Verfahren zur Herstellung eines Laserbauelements und ein Laserbauelement angegeben.

A method for producing a plurality of semiconductor laser chips is provided, comprising the following steps:
- providing an epitaxial semiconductor layer sequence (2) with an active layer (5) which is designed to generate electromagnetic radiation on a growth substrate (1), wherein the active layer (5) is arranged between a first semiconductor layer (3) and a second semiconductor layer (4),
- producing a photonic layer (9) with a photonic crystal (10) in the first/second semiconductor layer (3, 4),
- producing recesses (7) starting from a main surface of the epitaxial semiconductor layer sequence (2), wherein the recesses (7) penetrate the active layer (5),
- Applying a plurality of first contact points (13) in the recesses (7), which electrically contact the first semiconductor layer (3), and applying a plurality of second contact points (14) above or on the main surface of the epitaxial semiconductor layer sequence (2), which electrically contact the second semiconductor layer (4).
In addition, a semiconductor laser chip, a method for producing a laser component and a laser component are specified.

Description

Translated fromGerman

Es werden ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl photonischer oberflächenemittierender Halbleiterlaserchips, ein photonischer oberflächenemittierender Halbleiterlaserchip, ein Verfahren zur Herstellung eines Laserbauelements und ein Laserbauelement angegeben.A method for producing a plurality of photonic surface-emitting semiconductor laser chips, a photonic surface-emitting semiconductor laser chip, a method for producing a laser component and a laser component are specified.

Es soll ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl photonischer oberflächenemittierender Halbleiterlaserchips angegeben werden. Insbesondere soll es das Verfahren ermöglichen, einen photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip in Flip-Chip-Bauweise zu erzeugen. Weiterhin soll ein verbesserter photonischer oberflächenemittierender Halbleiterlaserchip, insbesondere in Flip-Chip-Bauweise angegeben werden. Weiterhin soll ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung eines Laserbauelements und ein verbessertes Laserbauelement angegeben werden.A simplified method for producing a large number of photonic surface-emitting semiconductor laser chips is to be specified. In particular, the method is to make it possible to produce a photonic surface-emitting semiconductor laser chip in a flip-chip design. Furthermore, an improved photonic surface-emitting semiconductor laser chip, in particular in a flip-chip design, is to be specified. Furthermore, a simplified method for producing a laser component and an improved laser component are to be specified.

Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruchs 1, durch einen photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10, durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruchs 16 und durch ein Laserbauelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 17 gelöst.These objects are achieved by a method having the steps ofpatent claim 1, by a photonic surface-emitting semiconductor laser chip having the features of patent claim 10, by a method having the steps ofpatent claim 16 and by a laser component having the features ofpatent claim 17.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der beiden Verfahren, des photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips und des Laserbauelements sind jeweils in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Advantageous embodiments and further developments of the two methods, the photonic surface-emitting semiconductor laser chip and the laser component are each specified in the dependent claims.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Vielzahl photonischer oberflächenemittierender Halbleiterlaserchips wird eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Schicht auf einem Aufwachssubstrat bereitgestellt. Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge ist insbesondere auf dem Aufwachssubstrat epitaktisch aufgewachsen und bedeckt das Aufwachssubstrat vollständig.According to one embodiment of the method for producing a plurality of photonic surface-emitting semiconductor laser chips, an epitaxial semiconductor layer sequence with an active layer is provided on a growth substrate. The epitaxial semiconductor layer sequence is in particular epitaxially grown on the growth substrate and completely covers the growth substrate.

Beispielsweise weisen die epitaktische Halbleiterschichtenfolge und das Aufwachssubstrat ein oder mehrere Halbleitermaterialien aus dem gleichen Materialsystem auf oder sind aus einem oder mehreren Halbleitermaterialien des gleichen Materialsystems gebildet. In diesem Fall sind die Gitterkonstante des Aufwachssubstrats und die Gitterkonstante der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge sehr ähnlich zueinander. Insbesondere ist die epitaktische Halbleiterschichtenfolge in diesem Fall homoepitaktisch auf dem Aufwachssubstrat gewachsen.For example, the epitaxial semiconductor layer sequence and the growth substrate comprise one or more semiconductor materials from the same material system or are formed from one or more semiconductor materials from the same material system. In this case, the lattice constant of the growth substrate and the lattice constant of the epitaxial semiconductor layer sequence are very similar to one another. In particular, the epitaxial semiconductor layer sequence in this case is grown homoepitaxially on the growth substrate.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens weisen das Aufwachssubstrat und die epitaktische Halbleiterschichtenfolge ein oder mehrere Halbleitermaterialien aus dem Materialsystem der Nitridverbindungshalbleitermaterialien auf. Nitridverbindungshalbleitermaterialien sind Verbindungshalbleitermaterialien, die Stickstoff enthalten, wie die Materialien aus dem System In_xAl_yGa_1-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1. Beispielsweise weist das Aufwachssubstrat GaN auf oder ist aus GaN gebildet.According to one embodiment of the method, the growth substrate and the epitaxial semiconductor layer sequence comprise one or more semiconductor materials from the material system of nitride compound semiconductor materials. Nitride compound semiconductor materials are compound semiconductor materials that contain nitrogen, such as the materials from the system In_x Al_y Ga_1-xy N with 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 and x+y ≤ 1. For example, the growth substrate comprises GaN or is formed from GaN.

Die aktive Schicht ist dazu eingerichtet, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Die aktive Schicht ist zwischen einer ersten Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps und einer zweiten Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet. Mit anderen Worten weist die epitaktische Halbleiterschichtenfolge die erste Halbleiterschicht, die aktive Schicht und die zweite Halbleiterschicht auf. Die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht sind entsprechend zweier unterschiedlicher Leitfähigkeitstypen dotiert. Beispielsweise ist die erste Halbleiterschicht n-dotiert und die zweite Halbleiterschicht p-dotiert oder umgekehrt. Insbesondere ist die erste Halbleiterschicht näher an dem Aufwachssubstrat angeordnet als die zweite Halbleiterschicht.The active layer is designed to generate electromagnetic radiation. The active layer is arranged between a first semiconductor layer of a first conductivity type and a second semiconductor layer of a second conductivity type. In other words, the epitaxial semiconductor layer sequence has the first semiconductor layer, the active layer and the second semiconductor layer. The first semiconductor layer and the second semiconductor layer are doped according to two different conductivity types. For example, the first semiconductor layer is n-doped and the second semiconductor layer is p-doped or vice versa. In particular, the first semiconductor layer is arranged closer to the growth substrate than the second semiconductor layer.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird eine photonische Schicht mit einem photonischen Kristall in der ersten Halbleiterschicht und/oder der zweiten Halbleiterschicht erzeugt. Die photonische Schicht besteht beispielsweise aus dem photonischen Kristall.According to a further embodiment of the method, a photonic layer with a photonic crystal is produced in the first semiconductor layer and/or the second semiconductor layer. The photonic layer consists, for example, of the photonic crystal.

Der photonische Kristall weist äquivalent zur elektronischen Bandlücke eines Halbleiters eine Bandlücke für Photonen auf, die sogenannte photonische Bandlücke. Photonen mit Energien innerhalb der photonischen Bandlücke können sich nicht in dem photonischen Kristall ausbreiten und werden von dem photonischen Kristall reflektiert. Die photonische Bandlücke bildet sich aufgrund periodischer Strukturen aus mindestens zwei Materialien aus, die der photonische Kristall umfasst oder aus denen der photonische Kristall gebildet ist. Die Dimension des photonischen Kristalls wird durch die Dimension der Periodizität der Strukturen festgelegt. Ein dreidimensionaler photonischer Kristall umfasst Strukturen, die sich in drei Raumrichtungen periodisch fortsetzen. Ein photonischer Kristall in zwei Dimensionen umfasst äquivalent Strukturen, die in zwei Raumrichtungen periodisch ausgebildet sind.The photonic crystal has a band gap for photons, the so-called photonic band gap, equivalent to the electronic band gap of a semiconductor. Photons with energies within the photonic band gap cannot propagate in the photonic crystal and are reflected by the photonic crystal. The photonic band gap is formed due to periodic structures made of at least two materials that the photonic crystal comprises or from which the photonic crystal is formed. The dimension of the photonic crystal is determined by the dimension of the periodicity of the structures. A three-dimensional photonic crystal comprises structures that continue periodically in three spatial directions. A photonic crystal in two dimensions equivalently comprises structures that are periodically formed in two spatial directions.

Beispielsweise wird der photonische Kristall dadurch erzeugt, dass in der ersten Halbleiterschicht und/oder in der zweiten Halbleiterschicht säulenförmige Löcher in einem periodischen Muster eingebracht werden, deren Haupterstreckungsrichtung entlang einer Stapelrichtung der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge verläuft. Das verbleibende Material der ersten Halbleiterschicht und/oder der zweiten Halbleiterschicht zusammen mit dem Material der säulenförmigen Löcher bildet insbesondere den photonischen Kristall aus. Beispielsweise sind die säulenförmigen Löcher mit einem gasförmigen Medium, etwa Luft, gefüllt. Es ist auch möglich, dass die säulenförmigen Löcher mit einem dielektrischen Material gefüllt sind. Besonders bevorzugt ist ein Brechungsindexunterschied zwischen dem verbleibenden Material der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge in der photonischen Schicht und dem Material der säulenförmigen Löcher besonders hoch, um eine möglichst große photonische Bandlücke zu erzielen.For example, the photonic crystal is produced by introducing columnar holes in a periodic pattern into the first semiconductor layer and/or the second semiconductor layer, the main extension direction of which runs along a stacking direction of the epitaxial semiconductor layer sequence. The remaining material of the first semiconductor layer and/or the second semiconductor layer together with the material of the columnar holes forms in particular the photonic crystal. For example, the columnar holes are filled with a gaseous medium, such as air. It is also possible for the columnar holes to be filled with a dielectric material. A refractive index difference between the remaining material of the epitaxial semiconductor layer sequence in the photonic layer and the material of the columnar holes is particularly preferably particularly high in order to achieve the largest possible photonic band gap.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden Ausnehmungen ausgehend von einer Hauptfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge erzeugt, wobei die Ausnehmungen die aktive Schicht durchdringen, insbesondere vollständig. Insbesondere reichen die Ausnehmungen bis in die erste Halbleiterschicht, falls diese näher an dem Aufwachssubstrat angeordnet ist als die zweite Halbleiterschicht. Die Ausnehmungen können beispielsweise durch trockenchemisches Ätzen erzeugt werden.According to a further embodiment of the method, recesses are produced starting from a main surface of the epitaxial semiconductor layer sequence, wherein the recesses penetrate the active layer, in particular completely. In particular, the recesses extend into the first semiconductor layer if this is arranged closer to the growth substrate than the second semiconductor layer. The recesses can be produced, for example, by dry chemical etching.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird eine Vielzahl erster elektrischer Kontaktstellen in den Ausnehmungen aufgebracht, die die erste Halbleiterschicht elektrisch kontaktieren. Insbesondere sind die ersten elektrischen Kontaktstellen in den Ausnehmungen in direktem Kontakt auf die erste Halbleiterschicht aufgebracht.According to a further embodiment of the method, a plurality of first electrical contact points are applied in the recesses, which electrically contact the first semiconductor layer. In particular, the first electrical contact points in the recesses are applied in direct contact with the first semiconductor layer.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird eine Vielzahl zweiter elektrischer Kontaktstellen über oder auf der Hauptfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge aufgebracht, die die zweite Halbleiterschicht elektrisch kontaktieren. Insbesondere sind die zweiten elektrischen Kontaktstellen spiegelnd für die elektromagnetische Strahlung der aktiven Schicht ausgebildet. Beispielsweise umfassen die zweiten elektrischen Kontaktstellen Silber oder sind aus Silber gebildet. Weiterhin können die zweiten elektrischen Kontaktstellen auch metall-dielektrische Spiegel aufweisen oder aus metall-dielektrischen Spiegeln gebildet sein. Beispielsweise sind die zweiten elektrischen Kontaktstellen in direktem Kontakt auf die zweite Halbleiterschicht aufgebracht. Ist der photonische Kristall in die zweite Halbleiterschicht eingebracht, so ist es auch möglich, dass die zweiten elektrischen Kontaktstellen in direktem Kontakt auf die photonische Schicht mit dem photonischen Kristall aufgebracht werden.According to a further embodiment of the method, a plurality of second electrical contact points are applied above or on the main surface of the epitaxial semiconductor layer sequence, which electrically contact the second semiconductor layer. In particular, the second electrical contact points are designed to reflect the electromagnetic radiation of the active layer. For example, the second electrical contact points comprise silver or are made of silver. Furthermore, the second electrical contact points can also have metal-dielectric mirrors or be made of metal-dielectric mirrors. For example, the second electrical contact points are applied in direct contact to the second semiconductor layer. If the photonic crystal is introduced into the second semiconductor layer, it is also possible for the second electrical contact points to be applied in direct contact to the photonic layer with the photonic crystal.

Mit dem Begriff „über oder auf“ soll insbesondere darauf hingewiesen werden, dass die beiden so zu einander in Bezug gesetzten Elemente nicht notwendigerweise in direktem physikalischen Kontakt miteinander stehen müssen. Vielmehr können weitere Elemente dazwischen angeordnet sein.The term "above or on" is intended to indicate in particular that the two elements placed in relation to each other in this way do not necessarily have to be in direct physical contact with each other. Rather, other elements can be arranged in between.

Insbesondere kann auch eine Lotschicht auf den ersten elektrischen Kontaktstellen und/oder den zweiten elektrischen Kontaktstellen aufgebracht werden.In particular, a solder layer can also be applied to the first electrical contact points and/or the second electrical contact points.

Das Verfahren zur Herstellung der Vielzahl photonischer oberflächenemittierender Halbleiterlaserchips umfasst insbesondere die folgenden Schritte:

• - Bereitstellen der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge mit der aktiven Schicht, die dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, auf dem Aufwachssubstrat, wobei die aktive Schicht zwischen der ersten Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps und der zweiten Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist,
• - Erzeugen der photonischen Schicht mit dem photonischen Kristall in der ersten Halbleiterschicht und/oder in der zweiten Halbleiterschicht,
• - Erzeugen von den Ausnehmungen ausgehend von der Hauptfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge, wobei die Ausnehmungen die aktive Schicht durchdringen,
• - Aufbringen der Vielzahl erster elektrischer Kontaktstellen in den Ausnehmungen, die die erste Halbleiterschicht elektrisch kontaktieren,
• - Aufbringen der Vielzahl zweiter elektrischer Kontaktstellen über oder auf der Hauptfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge, die die zweite Halbleiterschicht elektrisch kontaktieren.

The method for producing the plurality of photonic surface-emitting semiconductor laser chips comprises in particular the following steps:

• - providing the epitaxial semiconductor layer sequence with the active layer, which is designed to generate electromagnetic radiation, on the growth substrate, wherein the active layer is arranged between the first semiconductor layer of the first conductivity type and the second semiconductor layer of the second conductivity type,
• - producing the photonic layer with the photonic crystal in the first semiconductor layer and/or in the second semiconductor layer,
• - producing the recesses starting from the main surface of the epitaxial semiconductor layer sequence, wherein the recesses penetrate the active layer,
• - Applying the plurality of first electrical contact points in the recesses, which electrically contact the first semiconductor layer,
• - Applying the plurality of second electrical contact points above or on the main surface of the epitaxial semiconductor layer sequence, which electrically contact the second semiconductor layer.

Insbesondere werden die Schritte in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt.In particular, the steps are carried out in the order given.

Insbesondere handelt es sich bei dem Aufwachssubstrat um einen Wafer und bei der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge um eine Halbleiterschichtenfolge mit einer Vielzahl an zusammenhängenden Halbleiterschichtenstapeln, aus denen später viele separate photonische oberflächenemittierende Halbleiterlaserchips entstehen.In particular, the growth substrate is a wafer and the epitaxial semiconductor layer sequence is a semiconductor layer sequence with a large number of connected semiconductor layer stacks, from which many separate photonic surface-emitting semiconductor laser chips are later created.

Bei dem vorliegenden Verfahren handelt es sich insbesondere um ein Verfahren auf Waferebene, bei dem die Verfahrensschritte an einem Waferverbund durchgeführt werden, so dass eine Vielzahl gleichartiger photonischer oberflächenemittierender Halbleiterlaserchips erzeugt wird. Insbesondere liegen das Aufwachssubstrat und die epitaktische Halbleiterschichtenfolge als Waferverbund vor.The present method is in particular a wafer-level method in which the method steps are carried out on a wafer composite so that a large number of similar photonic surface-emitting semiconductor laser chips are produced. In particular, the growth substrate and the epitaxial semiconductor layer sequence are present as a wafer composite.

Mit dem vorliegenden Verfahren werden insbesondere photonische oberflächenemittierende Halbleiterlaserchips in Flip-Chip Bauweise hergestellt, bei denen erste elektrische Kontaktstellen und zweite elektrische Kontaktstellen auf oder über der gleichen Hauptfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge angeordnet sind.The present method is used in particular to produce photonic surface-emitting semiconductor laser chips in flip-chip construction, in which first electrical contact points and second electrical contact points are arranged on or above the same main surface of the epitaxial semiconductor layer sequence.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird vor dem Aufbringen der ersten elektrischen Kontaktstellen und der zweiten elektrischen Kontaktstellen eine weitere Schicht auf die photonische Schicht aufgebracht. Beispielsweise handelt es sich bei der weiteren Schicht um eine weitere Halbleiterschicht, die bevorzugt den gleichen Leitfähigkeitstyp aufweist wie das Halbleitermaterial der photonischen Schicht. Insbesondere weist die weitere Halbleiterschicht den zweiten Leitfähigkeitstyp der zweiten Halbleiterschicht auf. Insbesondere ist die weitere Halbleiterschicht p-dotiert. Weiterhin ist es auch möglich, das die weitere Schicht ein TCO (kurz für „transparent conductive oxide“), beispielsweise ITO (kurz für „indium tin oxide), aufweist oder aus einem TCO, wie ITO, besteht. Insbesondere ist die weitere Schicht elektrisch leitfähig.According to one embodiment of the method, a further layer is applied to the photonic layer before the first electrical contact points and the second electrical contact points are applied. For example, the further layer is a further semiconductor layer, which preferably has the same conductivity type as the semiconductor material of the photonic layer. In particular, the further semiconductor layer has the second conductivity type of the second semiconductor layer. In particular, the further semiconductor layer is p-doped. Furthermore, it is also possible for the further layer to have a TCO (short for "transparent conductive oxide"), for example ITO (short for "indium tin oxide"), or to consist of a TCO, such as ITO. In particular, the further layer is electrically conductive.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden Isolationsschichten auf Seitenflächen der Ausnehmungen angeordnet. Betrachtet man beispielhaft eine einzige Ausnehmung, erstreckt sich die erste elektrische Kontaktstelle beispielsweise vollständig über eine Bodenfläche der Ausnehmung und eine Seitenfläche der Ausnehmung, die von der photonischen Schicht abgewandt ist, bis über einen angrenzenden Teil der Hauptfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge. Beispielsweise bedeckt die Isolationsschicht die Seitenfläche der Ausnehmung, die nicht von der ersten elektrischen Kontaktstelle bedeckt ist. Bevorzugt bedeckt die Isolationsschicht die photonische Schicht, die an der Seitenfläche der Ausnehmung freiliegt, vollständig. Die Isolationsschichten können direkt nach dem Erzeugen der Ausnehmungen auf deren Seitenflächen aufgebracht werden oder auch zu einem beliebigen späteren Zeitpunkt.According to a further embodiment of the method, insulation layers are arranged on side surfaces of the recesses. If one considers a single recess by way of example, the first electrical contact point extends, for example, completely over a bottom surface of the recess and a side surface of the recess that faces away from the photonic layer, up to an adjacent part of the main surface of the epitaxial semiconductor layer sequence. For example, the insulation layer covers the side surface of the recess that is not covered by the first electrical contact point. Preferably, the insulation layer completely covers the photonic layer that is exposed on the side surface of the recess. The insulation layers can be applied to the side surfaces of the recesses directly after they have been created, or at any later time.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden die Isolationsschichten zwischen den ersten elektrischen Kontaktstellen und den zweiten elektrischen Kontaktstellen angeordnet. Insbesondere isoliert eine Isolationsschicht eine erste elektrische Kontaktstelle und eine direkt benachbarte zweite elektrische Kontaktstelle elektrisch voneinander. Insbesondere ist die Isolationsschicht elektrisch isolierend ausgebildet. Beispielsweise weist die Isolationsschicht ein dielektrisches Material auf oder ist aus einem dielektrischen Material gebildet.According to a further embodiment of the method, the insulation layers are arranged between the first electrical contact points and the second electrical contact points. In particular, an insulation layer electrically insulates a first electrical contact point and a directly adjacent second electrical contact point from one another. In particular, the insulation layer is designed to be electrically insulating. For example, the insulation layer has a dielectric material or is formed from a dielectric material.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird eine Opferschicht über oder auf den ersten elektrischen Kontaktstellen und den zweiten elektrischen Kontaktstellen aufgebracht, wobei die Opferschicht eine Vielzahl an Durchbrüchen aufweist, die die Opferschicht vollständig durchdringen. Beispielsweise weist die Opferschicht ein Metall oder ein Dielektrikum, wie SiO₂, auf oder ist aus einem Metall oder einem Dielektrikum, wie SiO₂, gebildet.According to a further embodiment of the method, a sacrificial layer is applied over or on the first electrical contact points and the second electrical contact points, wherein the sacrificial layer has a plurality of openings that completely penetrate the sacrificial layer. For example, the sacrificial layer has a metal or a dielectric, such as SiO₂ , or is formed from a metal or a dielectric, such as SiO₂ .

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird eine Planarisierungsschicht auf der Opferschicht aufgebracht, wobei ein Material der Planarisierungsschicht die Durchbrüche ausfüllt. Insbesondere füllt das Material der Planarisierungsschicht die Durchbrüche vollständig aus. Die Planarisierungsschicht wird insbesondere vollständig auf der Opferschicht aufgebracht. Die Planarisierungsschicht kann insbesondere ein Polymer umfassen oder aus einem Polymer bestehen, wie etwa Benzocyclobuten (BCB). Beispielsweise wird die Planarisierungsschicht durch ein Schleuderverfahren aufgebracht.According to a further embodiment of the method, a planarization layer is applied to the sacrificial layer, wherein a material of the planarization layer fills the openings. In particular, the material of the planarization layer completely fills the openings. The planarization layer is in particular completely applied to the sacrificial layer. The planarization layer can in particular comprise a polymer or consist of a polymer, such as benzocyclobutene (BCB). For example, the planarization layer is applied by a spin-coating process.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Trägerwafer über oder auf der Planarisierungsschicht aufgebracht. Beispielsweise wird der Trägerwafer mit Kleben oder Löten an der Planarisierungsschicht befestigt. Beispielsweise weist der Trägerwafer eines der folgenden Materialien auf oder ist aus einem der folgenden Materialien gebildet: Silizium, Germanium, Saphir.According to a further embodiment, a carrier wafer is applied over or on the planarization layer. For example, the carrier wafer is attached to the planarization layer by gluing or soldering. For example, the carrier wafer comprises one of the following materials or is formed from one of the following materials: silicon, germanium, sapphire.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Opferschicht stellenweise entfernt, sodass das Material der Planarisierungsschicht in den Durchbrüchen Verbindungselemente ausbildet, die die epitaktische Halbleiterschichtenfolge mit dem Trägerwafer mechanisch verbinden. Insbesondere ist die epitaktische Halbleiterschichtenfolge nach dem Entfernen der Opferschicht nur durch die Verbindungselemente mit dem Trägerwafer mechanisch verbunden.According to a further embodiment of the method, the sacrificial layer is removed in places so that the material of the planarization layer forms connecting elements in the openings that mechanically connect the epitaxial semiconductor layer sequence to the carrier wafer. In particular, after the removal of the sacrificial layer, the epitaxial semiconductor layer sequence is only mechanically connected to the carrier wafer by the connecting elements.

Beispielsweise wird die Opferschicht trockenchemisch entfernt, etwa durch ein reaktives Gasgemisch, dass selektiv die Opferschicht auflöst. Weiterhin ist es auch möglich, die Opferschicht nasschemisch zu entfernen. Hierbei wird bevorzugt vor dem Entfernen der Opferschicht eine Schutzschicht über den ersten elektrischen Kontaktstellen und den zweiten elektrischen Kontaktstellen aufgebracht.For example, the sacrificial layer is removed using dry chemicals, such as a reactive gas mixture that selectively dissolves the sacrificial layer. It is also possible to remove the sacrificial layer using wet chemicals. In this case, a protective layer is preferably applied over the first electrical contact points and the second electrical contact points before the sacrificial layer is removed.

Bei dem vorliegenden Verfahren handelt es sich insbesondere um ein sogenanntes „Coupon-Verfahren“, bei dem die späteren fertig prozessierten photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips auf dem Trägerwafer bereitgestellt werden, mit dem die fertigen photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips über die Verbindungselemente mechanisch verbunden sind. Die Verbindungselemente sind vergleichsweise klein ausgebildet, sodass die photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips zu einem späteren Zeitpunkt einfach, beispielsweise mit Hilfe eines Stempels, von dem Trägerwafer gelöst und auf ein anderes Element, wie beispielsweise einen Anschlussträger, übertragen werden können.The present method is in particular a so-called “coupon method” in which the later fully processed photonic surface-emitting semiconductor laser chips are provided on the carrier wafer, to which the finished photonic surface-emitting semiconductor laser chips are mechanically connected via the connecting elements. The connecting elements are comparatively small designed so that the photonic surface-emitting semiconductor laser chips can be easily detached from the carrier wafer at a later time, for example with the aid of a stamp, and transferred to another element, such as a connection carrier.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird eine Vielzahl an Aussparungen in der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge erzeugt, sodass die Opferschicht durch die Aussparungen zugänglich ist. Insbesondere wird durch zwei direkt benachbarte Aussparungen jeweils ein epitaktischer Halbleiterschichtenstapel definiert, der Teil eines fertigen photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips ist. Die Aussparungen in der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge werden beispielsweise durch trockenchemisches Ätzen erzeugt.According to a further embodiment of the method, a plurality of recesses are produced in the epitaxial semiconductor layer sequence, so that the sacrificial layer is accessible through the recesses. In particular, two directly adjacent recesses each define an epitaxial semiconductor layer stack, which is part of a finished photonic surface-emitting semiconductor laser chip. The recesses in the epitaxial semiconductor layer sequence are produced, for example, by dry chemical etching.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das Aufwachssubstrat gedünnt oder vollständig von der epitaktische Halbleiterschichtenfolge entfernt. Das Dünnen des Aufwachssubstrats oder das Entfernen des Aufwachssubstrats erfolgt beispielsweise durch Ätzen, Schleifen und/oder Polieren. Wird das Aufwachssubstrat gedünnt, so liegt eine verbleibende Dicke des gedünnten Aufwachssubstrats beispielsweise zwischen einschließlich 1 Mikrometer und einschließlich 50 Mikrometer oder zwischen einschließlich 1 Mikrometer und einschließlich 20 Mikrometer oder zwischen einschließlich 1 Mikrometer und einschließlich 10 Mikrometer.According to a further embodiment of the method, the growth substrate is thinned or completely removed from the epitaxial semiconductor layer sequence. The thinning of the growth substrate or the removal of the growth substrate is carried out, for example, by etching, grinding and/or polishing. If the growth substrate is thinned, a remaining thickness of the thinned growth substrate is, for example, between 1 micrometer and 50 micrometers inclusive, or between 1 micrometer and 20 micrometers inclusive, or between 1 micrometer and 10 micrometers inclusive.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die photonische Schicht vor dem Aufbringen der ersten elektrischen Kontaktstellen und der zweiten elektrischen Kontaktstellen auf die epitaktische Halbleiterschichtenfolge in der zweiten Halbleiterschicht erzeugt. Bei dieser Ausführungsform wird der Waferverbund insbesondere nur durch das Aufwachssubstrat mechanisch stabilisiert. Insbesondere wurde noch kein Trägerwafer an der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge befestigt.According to a further embodiment of the method, the photonic layer is produced in the second semiconductor layer before the first electrical contact points and the second electrical contact points are applied to the epitaxial semiconductor layer sequence. In this embodiment, the wafer composite is mechanically stabilized in particular only by the growth substrate. In particular, no carrier wafer has yet been attached to the epitaxial semiconductor layer sequence.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die photonische Schicht nach dem Aufbringen der ersten elektrischen Kontaktstellen und der zweiten elektrischen Kontaktstellen auf die epitaktische Halbleiterschichtenfolge in der ersten Halbleiterschicht erzeugt. Die erste Halbleiterschicht ist hierbei näher an dem Aufwachssubstrat angeordnet als die zweite Halbleiterschicht. Bei dieser Ausführungsform wird insbesondere der Trägerwafer an der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge befestigt und das Aufwachssubstrat vollständig entfernt, sodass die erste Halbleiterschicht frei zugänglich ist, um in der ersten Halbleiterschicht den photonischen Kristall zu erzeugen.According to a further embodiment of the method, the photonic layer is produced in the first semiconductor layer after the first electrical contact points and the second electrical contact points have been applied to the epitaxial semiconductor layer sequence. The first semiconductor layer is arranged closer to the growth substrate than the second semiconductor layer. In this embodiment, in particular the carrier wafer is attached to the epitaxial semiconductor layer sequence and the growth substrate is completely removed so that the first semiconductor layer is freely accessible in order to produce the photonic crystal in the first semiconductor layer.

Insbesondere muss die photonische Schicht mit dem photonischen Kristall bei dieser Ausführungsform des Verfahrens nicht geschlossen werden. Mit anderen Worten müssen die Strukturen in der ersten Halbleiterschicht zur Bildung des photonischen Kristalls, wie etwa die säulenförmigen Ausnehmungen, nicht mit einem weiteren Material gefüllt werden. Handelt es sich bei der ersten Halbleiterschicht um eine n-dotierte Halbeiterschicht, so ist die Erzeugung des photonischen Kristalls in dieser Halbleiterschicht vorteilhaft, da hier eine bessere Stromverteilung im Betrieb des späteren photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips erzielt werden kann als in der p-dotierten Halbleiterschicht und somit ein verringerter Stromfluss durch das Halbleitermaterial aufgrund des photonischen Kristalls nicht weiter ins Gewicht fällt.In particular, the photonic layer with the photonic crystal does not have to be closed in this embodiment of the method. In other words, the structures in the first semiconductor layer for forming the photonic crystal, such as the columnar recesses, do not have to be filled with another material. If the first semiconductor layer is an n-doped semiconductor layer, the production of the photonic crystal in this semiconductor layer is advantageous, since a better current distribution can be achieved here during operation of the later photonic surface-emitting semiconductor laser chip than in the p-doped semiconductor layer and thus a reduced current flow through the semiconductor material due to the photonic crystal is no longer significant.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das Wachstumssubstrat vor dem Erzeugen der photonischen Schicht entfernt.According to a further embodiment of the method, the growth substrate is removed before producing the photonic layer.

Das Verfahren ist dazu eingerichtet zumindest einen photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip herzustellen. Insbesondere wird mit dem Verfahren ein Waferverbund bereitgestellt, der eine Vielzahl an photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips umfasst, die mit einem Trägerwafer verbunden sind, insbesondere durch Verbindungselemente. Daher können sämtliche Merkmale und Ausführungsformen, die in Verbindung mit dem Verfahren zur Herstellung eines photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips beschrieben sind, auch bei dem photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip ausgebildet sein und umgekehrt.The method is designed to produce at least one photonic surface-emitting semiconductor laser chip. In particular, the method provides a wafer assembly that comprises a plurality of photonic surface-emitting semiconductor laser chips that are connected to a carrier wafer, in particular by connecting elements. Therefore, all features and embodiments that are described in connection with the method for producing a photonic surface-emitting semiconductor laser chip can also be implemented in the photonic surface-emitting semiconductor laser chip and vice versa.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst der photonische oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip einen epitaktischen Halbleiterschichtenstapel mit einer aktiven Zone, die zwischen einer ersten Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps und einer zweiten Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist, wobei die aktive Zone im Betrieb elektromagnetische Laserstrahlung erzeugt.According to one embodiment, the photonic surface-emitting semiconductor laser chip comprises an epitaxial semiconductor layer stack with an active zone arranged between a first semiconductor layer of a first conductivity type and a second semiconductor layer of a second conductivity type, wherein the active zone generates electromagnetic laser radiation during operation.

Wie bereits oben beschrieben, wird in der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge eine Vielzahl an Aussparungen erzeugt, durch die die epitaktische Halbleiterschichtenfolge in epitaktische Halbleiterschichtenstapel getrennt wird. Im Folgenden wird insbesondere der Teil der aktiven Schicht, der sich in einem epitaktischen Halbleiterschichtenstapel befindet, als aktive Zone bezeichnet. Mit anderen Worten war die aktive Zone Teil der aktiven Schicht bevor die Aussparungen in die epitaktische Halbleiterschichtenfolge eingebracht wurden. Hingegen sind die Begriffe für die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht beibehalten, obwohl in einem epitaktischen Halbleiterschichtenstapel lediglich ein Teil der ersten Halbleiterschicht und ein Teil der zweiten Halbleiterschicht der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge vorhanden sind. Das gleiche gilt für die photonische Schicht und den photonischen Kristall.As already described above, a large number of recesses are created in the epitaxial semiconductor layer sequence, through which the epitaxial semiconductor layer sequence is separated into epitaxial semiconductor layer stacks. In the following, in particular, the part of the active layer that is located in an epitaxial semiconductor layer stack is referred to as the active zone. In other words, the active zone was part of the active layer before the recesses were introduced into the epitaxial semiconductor layer sequence. In contrast, the terms for the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are retained, although in an epitaxial semiconductor layer stack only a part of the first semiconductor layer and a part of the second semiconductor layer of the epitaxial semiconductor layer sequence are present. The same applies to the photonic layer and the photonic crystal.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der photonische oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip eine photonische Schicht mit einem photonischen Kristall, der in einem Nahfeld der in der aktiven Zone erzeugten elektromagnetischen Laserstrahlung angeordnet ist. Insbesondere handelt es sich bei dem photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip um ein PCSEL(kurz für „photonic surface emitting semiconductor laser“).According to a further embodiment, the photonic surface-emitting semiconductor laser chip comprises a photonic layer with a photonic crystal that is arranged in a near field of the electromagnetic laser radiation generated in the active zone. In particular, the photonic surface-emitting semiconductor laser chip is a PCSEL (short for “photonic surface emitting semiconductor laser”).

Insbesondere erzeugt der photonische Kristall eine erhöhte photonische Zustandsdichte in der aktiven Zone, so dass beim elektrischen Pumpen elektromagnetische Laserstrahlung in der aktiven Zone erzeugt wird. Die aktive Zone ist an den photonischen Kristall optisch gekoppelt, so dass sich zumindest eine evaneszente Welle der Moden der elektromagnetischen Laserstrahlung in dem photonischen Kristall ausbreitet. Beispielsweise ist die aktive Zone von dem photonischen Kristall lediglich durch eine dünne, ladungsträgerblockierende Schicht getrennt. Insbesondere ist die aktive Zone in einem Nahfeld des photonischen Kristalls angeordnet. Dadurch wird insbesondere in die Moden des photonischen Kristalls emittiert.In particular, the photonic crystal generates an increased photonic state density in the active zone, so that electromagnetic laser radiation is generated in the active zone during electrical pumping. The active zone is optically coupled to the photonic crystal, so that at least one evanescent wave of the modes of the electromagnetic laser radiation propagates in the photonic crystal. For example, the active zone is separated from the photonic crystal only by a thin, charge carrier-blocking layer. In particular, the active zone is arranged in a near field of the photonic crystal. This results in emission in particular in the modes of the photonic crystal.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der photonische oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip eine erste elektrische Kontaktstelle und eine zweite elektrische Kontaktstelle über oder auf einer Hauptfläche des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels.According to a further embodiment, the photonic surface emitting semiconductor laser chip comprises a first electrical contact point and a second electrical contact point above or on a main surface of the epitaxial semiconductor layer stack.

Insbesondere ist zwischen der ersten elektrischen Kontaktstelle und der zweiten elektrischen Kontaktstelle zumindest teilweise eine Ausnehmung angeordnet. Beispielsweise verläuft die Ausnehmung ringförmig um eine Strahlungsaustrittsfläche des photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips. Es ist auch möglich, dass die Ausnehmung die Form von Kontaktfingern aufweist, die sich ganz oder teilweise über die Strahlungsaustrittsfläche erstrecken.In particular, a recess is arranged at least partially between the first electrical contact point and the second electrical contact point. For example, the recess runs in a ring shape around a radiation exit surface of the photonic surface-emitting semiconductor laser chip. It is also possible for the recess to have the shape of contact fingers that extend completely or partially over the radiation exit surface.

Weiterhin ist zwischen der ersten elektrischen Kontaktstelle und der zweiten elektrischen Kontaktstelle bevorzugt eine Isolationsschicht angeordnet. Beispielsweise ist die Isolationsschicht auf eine Seitenfläche der Ausnehmung aufgebracht. Die Isolationsschicht isoliert die erste elektrische Kontaktstelle bevorzugt von der zweiten elektrischen Kontaktstelle elektrisch.Furthermore, an insulating layer is preferably arranged between the first electrical contact point and the second electrical contact point. For example, the insulating layer is applied to a side surface of the recess. The insulating layer preferably electrically insulates the first electrical contact point from the second electrical contact point.

Eine Strahlungsaustrittsfläche des photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip ist insbesondere in Draufsicht ganz oder teilweise überlappend mit der ersten elektrischen Kontaktstelle ausgebildet.A radiation exit surface of the photonic surface-emitting semiconductor laser chip is designed to completely or partially overlap with the first electrical contact point, particularly in plan view.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips ist der photonische Kristall ein zwei-dimensionaler photonischer Kristall, der zur Bildung elektromagnetischer Laserstrahlung in der aktiven Zone beiträgt.According to a further embodiment of the photonic surface emitting semiconductor laser chip, the photonic crystal is a two-dimensional photonic crystal that contributes to the formation of electromagnetic laser radiation in the active zone.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der photonische oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip eine erste Montagefläche und eine zweite Montagefläche, die in der gleichen Ebene liegen. Insbesondere handelt es sich bei dem photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip um einen Halbleiterchip in Flip-Chip-Bauweise. Insbesondere sind die erste elektrische Kontaktstelle und die zweite elektrische Kontaktstelle über oder auf der gleichen Hauptfläche des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels angeordnet. So kann eine Montage des photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips zu einem weiteren Element, wie beispielsweise einem elektrischen Anschlussträgers, vereinfacht erfolgen.According to a further embodiment, the photonic surface-emitting semiconductor laser chip comprises a first mounting surface and a second mounting surface which lie in the same plane. In particular, the photonic surface-emitting semiconductor laser chip is a semiconductor chip in flip-chip design. In particular, the first electrical contact point and the second electrical contact point are arranged above or on the same main surface of the epitaxial semiconductor layer stack. In this way, mounting of the photonic surface-emitting semiconductor laser chip to a further element, such as an electrical connection carrier, can be carried out in a simplified manner.

Beispielsweise bildet eine erste Außenfläche der ersten elektrischen Kontaktstelle die erste Montagefläche und eine Außenfläche der zweiten elektrischen Kontaktstelle die zweite Montagefläche des photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips aus. Weiterhin ist es auch möglich, dass über oder auf der ersten elektrischen Kontaktstelle und über oder auf der zweiten elektrischen Kontaktstellen jeweils eine Lotschicht angebracht ist, die die erste Montagefläche und/oder die zweite Montagefläche ausbilden.For example, a first outer surface of the first electrical contact point forms the first mounting surface and an outer surface of the second electrical contact point forms the second mounting surface of the photonic surface-emitting semiconductor laser chip. Furthermore, it is also possible for a solder layer to be applied above or on the first electrical contact point and above or on the second electrical contact point, which form the first mounting surface and/or the second mounting surface.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips ist die erste elektrische Kontaktstelle in Draufsicht ringförmig ausgebildet und in einem Abstand um die zweite elektrische Kontaktstelle angeordnet, die bevorzugt rund, insbesondere kreisförmig, ausgebildet ist. Eine erste elektrische Kontaktstelle, die in Draufsicht ringförmig um eine zweite runde elektrische Kontaktstelle angeordnet ist, weist aufgrund der Geometrie insbesondere verbesserte Schaltzeiten auf.According to a further embodiment of the photonic surface-emitting semiconductor laser chip, the first electrical contact point is ring-shaped in plan view and is arranged at a distance around the second electrical contact point, which is preferably round, in particular circular. A first electrical contact point, which is arranged ring-shaped in plan view around a second round electrical contact point, has, in particular, improved switching times due to the geometry.

Ist die erste elektrische Kontaktstelle in Draufsicht ringförmig in einem Abstand um die zweite, runde elektrische Kontaktstelle angeordnet, so ist es möglich, dass die ringförmige erste elektrische Kontaktstelle eine Öffnung aufweist, die die ringförmige erste elektrische Kontaktstelle durchbricht. So kann die Lötfähigkeit des photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips verbessert werden, da kein Fügematerial, wie ein Lot durch die ringförmige erste elektrische Kontaktstelle eingeschlossen wird. Durch die Öffnung kann ein Überschuss an Fügemittel während des Fügevorgangs unter dem photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip austreten.If the first electrical contact point is arranged in a ring shape at a distance from the second, round electrical contact point in plan view, it is possible for the ring-shaped first electrical contact point to have an opening that breaks through the ring-shaped first electrical contact point. In this way, the solderability of the photonic surface-emitting semiconductor laser chips can be improved because no joining material, such as solder, is enclosed by the ring-shaped first electrical contact point. An excess of joining agent can escape through the opening during the joining process under the photonic surface-emitting semiconductor laser chip.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips ist eine Strahlungsaustrittsfläche des photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlasers in Draufsicht rund ausgebildet und von der zweiten kreisförmigen elektrischen Kontaktstelle bedeckt. Insbesondere prägt die zweite elektrische kreisförmige Kontaktstelle Strom in den in Draufsicht überlappenden Bereich des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels ein, so dass hier elektromagnetische Laserstrahlung erzeugt wird.According to a further embodiment of the photonic surface-emitting semiconductor laser chip, a radiation exit surface of the photonic surface-emitting semiconductor laser is round in plan view and covered by the second circular electrical contact point. In particular, the second circular electrical contact point impresses current into the region of the epitaxial semiconductor layer stack that overlaps in plan view, so that electromagnetic laser radiation is generated here.

Der vorliegende photonische oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip ist dazu eingerichtet, bei einem Verfahren zur Herstellung eines Laserbauelements verwendet zu werden. Folglich sind sämtliche Merkmale und Ausführungsformen, die in Verbindung mit dem photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip offenbart sind, auch bei den Verfahren zur Herstellung des Laserbauelements offenbart und umgekehrt.The present photonic surface-emitting semiconductor laser chip is designed to be used in a method for producing a laser component. Consequently, all features and embodiments disclosed in connection with the photonic surface-emitting semiconductor laser chip are also disclosed in the methods for producing the laser component and vice versa.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Laserbauelements wird eine Vielzahl an photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips bereitgestellt, wie sie bereits beschrieben wurden. Hierbei sind die photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips mit Verbindungselementen mit einem Trägerwafer mechanisch verbunden. Insbesondere sind die photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips nur über die Verbindungselemente mit dem Trägerwafer mechanisch verbunden. Beispielsweise ist jeder photonische oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip mit mindestens drei Verbindungselementen mit dem Trägerwafer mechanisch verbunden.According to one embodiment of the method for producing a laser component, a plurality of photonic surface-emitting semiconductor laser chips are provided, as already described. The photonic surface-emitting semiconductor laser chips are mechanically connected to a carrier wafer using connecting elements. In particular, the photonic surface-emitting semiconductor laser chips are mechanically connected to the carrier wafer only via the connecting elements. For example, each photonic surface-emitting semiconductor laser chip is mechanically connected to the carrier wafer using at least three connecting elements.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung des Laserbauelements wird zumindest ein photonischer oberflächenemittierender Halbleiterlaserchip von dem Trägerwafer auf einen Anschlussträger übertragen, beispielsweise mit einem Stempel, insbesondere einem Silikonstempel. Die Verbindung des photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips mit dem Trägerwafer über die Verbindungselemente ist hierbei schwächer als die Verbindung des photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips mit dem Stempel. Mit Hilfe des Stempels werden die Verbindungselemente mechanisch gelöst, beispielsweise gebrochen, so dass der photonische oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip an dem Stempel anhaftet und auf ein weiteres Element, wie einen Anschlussträger, versetzt werden kann.According to a further embodiment of the method for producing the laser component, at least one photonic surface-emitting semiconductor laser chip is transferred from the carrier wafer to a connection carrier, for example with a stamp, in particular a silicone stamp. The connection of the photonic surface-emitting semiconductor laser chip to the carrier wafer via the connecting elements is weaker than the connection of the photonic surface-emitting semiconductor laser chip to the stamp. With the help of the stamp, the connecting elements are mechanically released, for example broken, so that the photonic surface-emitting semiconductor laser chip adheres to the stamp and can be transferred to another element, such as a connection carrier.

Insbesondere weist das Verfahren zur Herstellung des Laserbauelements die folgenden Schritte auf:

• - Bereitstellen der Vielzahl der photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip, die mit den Verbindungselementen mit dem Trägerwafer mechanisch verbunden sind, und
• - Übertragen zumindest eines photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips von dem Trägerwafer auf den Anschlussträger.

In particular, the method for producing the laser component comprises the following steps:

• - Providing the plurality of photonic surface-emitting semiconductor laser chips which are mechanically connected to the carrier wafer by means of the connecting elements, and
• - Transferring at least one photonic surface emitting semiconductor laser chip from the carrier wafer to the connection carrier.

Insbesondere werden die Schritte in der angegeben Reihenfolge durchgeführt.In particular, the steps are carried out in the order specified.

Mit dem angegebenen Verfahren ist es insbesondere möglich, Laserbauelemente mit einer Vielzahl photonischer oberflächenemittierender Halbleiterlaserchips herzustellen, die in einem kleinen Abstand zueinander angeordnet sind.With the specified method it is possible in particular to produce laser components with a large number of photonic surface-emitting semiconductor laser chips which are arranged at a small distance from one another.

Im Folgenden wird ein Laserbauelement beschrieben, wie es mit dem Verfahren zur Herstellung des Laserbauelements hergestellt werden kann. Daher können sämtliche Merkmale und Ausgestaltungen, die in Verbindung mit dem Verfahren zur Herstellung des Laserbauelements beschrieben sind, auch bei dem Laserbauelement ausgebildet sein und umgekehrt.A laser component is described below as it can be produced using the method for producing the laser component. Therefore, all features and configurations that are described in connection with the method for producing the laser component can also be implemented in the laser component and vice versa.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Laserbauelement einen photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip, wie er insbesondere weiter oben bereits beschrieben wurde.According to one embodiment, the laser component comprises a photonic surface-emitting semiconductor laser chip, as has already been described in particular above.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Laserbauelement einen Anschlussträger mit einer ersten elektrischen Anschlussstelle und einer zweiten elektrischen Anschlussstelle. Beispielsweise handelt es sich bei dem Anschlussträger um eine gedruckte Leiterplatte (kurz: PCB, für Englisch „printed circuit board“). Bei dem Anschlussträger kann es sich auch um einen weiteren Halbleiterchip, beispielsweise um einen Siliziumhalbleiterchip, handeln oder um einen integrierten photonischen Schaltkreis (PIC, für Englisch „photonic integrated circuit“).According to a further embodiment, the laser component comprises a connection carrier with a first electrical connection point and a second electrical connection point. For example, the connection carrier is a printed circuit board (PCB for short). The connection carrier can also be another semiconductor chip, for example a silicon semiconductor chip, or a photonic integrated circuit (PIC).

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Laserbauelements ist die erste elektrische Kontaktstelle des photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips mit der ersten elektrischen Anschlussstelle des Anschlussträgers und die zweite elektrische Kontaktstelle des photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips mit der zweiten elektrischen Anschlussstelle des Anschlussträgers elektrisch leitend und mechanisch stabil verbunden, beispielsweise durch Löten.According to a further embodiment of the laser component, the first electrical contact point of the photonic surface-emitting semiconductor laser chip is connected to the first electrical connection point of the connection carrier and the second electrical contact point of the photonic surface-emitting semiconductor laser chip is connected to the second electrical connection point of the connection carrier gers are connected in an electrically conductive and mechanically stable manner, for example by soldering.

Beispielsweise weisen die erste elektrische Kontaktstelle und die erste elektrische Anschlussstelle die gleiche Geometrie auf. Weiterhin ist es auch möglich, dass die zweite elektrische Kontaktstelle des photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips und die zweite Anschlussstelle des Anschlussträgers die gleiche Geometrie aufweisen. Insbesondere ist die zweite elektrische Anschlussstelle des Anschlussträgers bevorzugt ebenfalls rund, insbesondere kreisförmig ausgebildet, wenn die zweite elektrische Kontaktstelle des photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips rund, insbesondere kreisförmig ausgebildet ist. Ebenso ist die erste elektrische Anschlussstelle des elektrischen Anschlussträgers bevorzugt ringförmig ausgebildet, wenn die erste elektrische Kontaktstelle des photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips ringförmig ausgebildet ist. Auch die relative Anordnung der ersten elektrischen Anschlussstelle des Anschlussträgers und der zweiten elektrischen Anschlussstelle des Anschlussträgers zueinander sind bevorzugt gleich ausgebildet zu der Anordnung der ersten elektrische Kontaktstelle und der zweiten elektrischen Kontaktstelle.For example, the first electrical contact point and the first electrical connection point have the same geometry. Furthermore, it is also possible for the second electrical contact point of the photonic surface-emitting semiconductor laser chip and the second connection point of the connection carrier to have the same geometry. In particular, the second electrical connection point of the connection carrier is preferably also round, in particular circular, if the second electrical contact point of the photonic surface-emitting semiconductor laser chip is round, in particular circular. Likewise, the first electrical connection point of the electrical connection carrier is preferably ring-shaped if the first electrical contact point of the photonic surface-emitting semiconductor laser chip is ring-shaped. The relative arrangement of the first electrical connection point of the connection carrier and the second electrical connection point of the connection carrier to one another are also preferably designed to be the same as the arrangement of the first electrical contact point and the second electrical contact point.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Laserbauelements, ist die zweite Anschlussstelle in Draufsicht rund, insbesondere kreisförmig, ausgebildet und die erste Anschlussstelle ist ringförmig in einem Abstand um die zweite runde Anschlussstelle angeordnet. Weiterhin sind die erste Anschlussstelle und die zweite Anschlussstelle mit Leiterbahnen auf dem Anschlussträger verbunden, insbesondere direkt. Insbesondere ist der photonische oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip vorliegend in Flip-Chip-Bauweise ausgebildet, so dass die elektrische Kontaktierung mit dem Anschlussträger über die gleiche Seite des photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips erfolgen kann.According to a further embodiment of the laser component, the second connection point is round, in particular circular, in plan view and the first connection point is arranged in a ring shape at a distance around the second round connection point. Furthermore, the first connection point and the second connection point are connected to conductor tracks on the connection carrier, in particular directly. In particular, the photonic surface-emitting semiconductor laser chip is designed in a flip-chip design, so that the electrical contact with the connection carrier can be made via the same side of the photonic surface-emitting semiconductor laser chip.

Da der photonische oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip als Flip-Chip ausgebildet ist, können insbesondere vergleichsweise flache Laserbauelemente erzeugt werden. Weiterhin kann bei der elektrischen Kontaktierung des photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips auf Bonddrähte verzichtet werden, so dass eine geringere Induktion und geringere Schaltzeiten des Laserbauelements erzielt werden.Since the photonic surface-emitting semiconductor laser chip is designed as a flip chip, comparatively flat laser components can be produced. Furthermore, bonding wires can be dispensed with when electrically contacting the photonic surface-emitting semiconductor laser chip, so that a lower induction and shorter switching times of the laser component are achieved.

Weiterhin ist es mit Vorteil möglich, großflächige optische Elemente direkt auf den mit dem Anschlussträger verbundenen photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip aufzusetzen, da störende Bonddrähte nicht vorhanden sind. Insbesondere werden weitere optische Elemente nach dem Verbinden des photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip mit einem Anschlussträger über oder auf der Strahlungsaustrittsfläche des photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip aufgesetzt. So werden die optischen Elemente nicht mit schädigenden erhöhten Temperaturen während einem Verbindungsvorgang beaufschlagt.Furthermore, it is advantageously possible to place large-area optical elements directly on the photonic surface-emitting semiconductor laser chip connected to the connection carrier, since there are no disruptive bonding wires. In particular, after the photonic surface-emitting semiconductor laser chip has been connected to a connection carrier, further optical elements are placed above or on the radiation exit surface of the photonic surface-emitting semiconductor laser chip. In this way, the optical elements are not exposed to damaging elevated temperatures during a connection process.

Weiterhin kann das Licht des photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips auch direkt in eine optische Faser, insbesondere mit großen Querschnitten, eingekoppelt werden. Weiterhin kann zwischen dem optischen Element und/oder der optischen Faser ein Medium zur Anpassung des Brechungsindex eingebracht werden.Furthermore, the light from the photonic surface-emitting semiconductor laser chip can also be coupled directly into an optical fiber, in particular with large cross-sections. Furthermore, a medium for adjusting the refractive index can be introduced between the optical element and/or the optical fiber.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips, der beiden Verfahren und des Laserbauelements ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.Further advantageous embodiments and developments of the photonic surface-emitting semiconductor laser chip, the two methods and the laser component emerge from the embodiments described below in conjunction with the figures.

Die1 bis 9 zeigen schematische Schnittdarstellungen von Stadien eines Verfahrens zur Herstellung einer Vielzahl photonischer oberflächenemittierender Halbleiterlaserchips gemäß einem Ausführungsbeispiel.The 1 to 9 show schematic sectional views of stages of a method for producing a plurality of photonic surface-emitting semiconductor laser chips according to an embodiment.

Die10 bis 12 zeigen schematische Schnittdarstellungen von Stadien eines Verfahrens zur Herstellung einer Vielzahl photonischer oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.The 10 to 12 show schematic sectional views of stages of a method for producing a plurality of photonic surface-emitting semiconductor laser chips according to a further embodiment.

Die13 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips als Teil eines Waferverbunds gemäß einem Ausführungsbeispiel.The 13 shows a schematic sectional view of a photonic surface-emitting semiconductor laser chip as part of a wafer composite according to an embodiment.

Die14 bis 16 zeigen schematische Schnittdarstellungen von Stadien eines Verfahrens zur Herstellung eines Laserbauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel.The 14 to 16 show schematic sectional views of stages of a method for producing a laser component according to an embodiment.

Die17 und18 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Laserbauelements gemäß jeweils einem Ausführungsbeispiel.The 17 and 18 shows a schematic sectional view of a laser component according to an embodiment.

Die19 und20 zeigen schematische Draufsichten auf einen Anschlussträger gemäß zweier verschiedener Ausführungsbeispiele.The 19 and 20 show schematic plan views of a connection carrier according to two different embodiments.

Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.Identical, similar or similarly acting elements are provided with the same reference symbols in the figures. The figures and the size relationships of the elements shown in the figures are not to be regarded as being to scale. Rather, individual elements, in particular layer thicknesses, can be shown in different sizes for better representation. and/or exaggerated for better understanding.

Bei dem Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl photonischer oberflächenemittierender Halbleiterlaserchips gemäß dem Ausführungsbeispiel der1 bis 9 wird zunächst eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge 2 bereitgestellt, die auf einem Aufwachssubstrat 1 epitaktisch aufgewachsen ist.In the method for producing a plurality of photonic surface-emitting semiconductor laser chips according to the embodiment of the 1 to 9 First, an epitaxialsemiconductor layer sequence 2 is provided, which is epitaxially grown on agrowth substrate 1.

Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 2 basiert vorliegend auf einem Nitridverbindungshalbleitermaterial und ist beispielsweise auf einem Galliumnitridaufwachssubstrat epitaktisch aufgewachsen (siehe1).The epitaxialsemiconductor layer sequence 2 is based on a nitride compound semiconductor material and is epitaxially grown, for example, on a gallium nitride growth substrate (see 1 ).

Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 2 umfasst eine erste Halbleiterschicht 3 eines ersten Leitfähigkeitstyps und eine zweite Halbleiterschicht 4 eines zweiten Leitfähigkeitstyps. Vorliegend ist die erste Halbleiterschicht 3 n-dotiert, während die zweite Halbleiterschicht 4 p-dotiert ist. Die n-dotierte erste Halbleiterschicht 3 ist hierbei näher an dem Aufwachssubstrat 1 angeordnet als die p-dotierte zweite Halbleiterschicht 4. Zwischen der ersten Halbleiterschicht 3 und der zweiten Halbleiterschicht 4 ist eine aktive Schicht 5 angeordnet, die dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen.The epitaxialsemiconductor layer sequence 2 comprises afirst semiconductor layer 3 of a first conductivity type and asecond semiconductor layer 4 of a second conductivity type. In the present case, thefirst semiconductor layer 3 is n-doped, while thesecond semiconductor layer 4 is p-doped. The n-dopedfirst semiconductor layer 3 is arranged closer to thegrowth substrate 1 than the p-dopedsecond semiconductor layer 4. Anactive layer 5 is arranged between thefirst semiconductor layer 3 and thesecond semiconductor layer 4, which is designed to generate electromagnetic radiation.

Das Aufwachssubstrat 1 und die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 2 werden als Waferverbund 6 bereitgestellt und in weiteren Schritten weiterverarbeitet um eine Vielzahl photonischer oberflächenemittierender Halbleiterlaserchips in parallelen Prozessschritten zu erzeugen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in den Figuren jedoch nur die Herstellung eines einzigen photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips gezeigt.Thegrowth substrate 1 and the epitaxialsemiconductor layer sequence 2 are provided as awafer composite 6 and further processed in further steps in order to produce a large number of photonic surface-emitting semiconductor laser chips in parallel process steps. For reasons of clarity, however, only the production of a single photonic surface-emitting semiconductor laser chip is shown in the figures.

Ausgehend von einer Hauptfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge werden Ausnehmungen 7 in der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 2 erzeugt. Die Ausnehmungen 7 durchdringen hierbei die aktive Schicht 5 vollständig (2). Mit anderen Worten legen die Ausnehmungen 7 die erste Halbleiterschicht 3 frei. Vorliegend sind die Ausnehmungen 7 ringförmig um zentrale Bereiche 8 der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 2 angeordnet. Die Ausnehmungen 7 können auch als Kontaktfingerstruktur ausgebildet sein um eine möglichst gute Stromverteilung in der aktiven Schicht 5 zu ermöglichen.Starting from a main surface of the epitaxial semiconductor layer sequence, recesses 7 are created in the epitaxialsemiconductor layer sequence 2. Therecesses 7 penetrate theactive layer 5 completely ( 2 ). In other words, therecesses 7 expose thefirst semiconductor layer 3. In the present case, therecesses 7 are arranged in a ring shape aroundcentral regions 8 of the epitaxialsemiconductor layer sequence 2. Therecesses 7 can also be designed as a contact finger structure in order to enable the best possible current distribution in theactive layer 5.

Dann wird eine photonische Schicht 9 mit einem zwei-dimensionalen photonischen Kristall 10 in der zweiten Halbleiterschicht 4 erzeugt. Insbesondere wird die photonische Schicht in dem zentralen Bereich 8, der von der Ausnehmung 7 begrenzt ist, in der zweiten Halbleiterschicht 4 erzeugt. Der photonische Kristall 10 weist vorliegend säulenförmige Löcher 11 auf, die senkrecht zur Hauptfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 2 angeordnet sind. Die säulenförmigen Löcher 11 in der zweiten Halbleiterschicht 4 sind vorliegend in einem periodischen Muster angeordnet um den zwei-dimensionalen photonischen Kristall 10 auszubilden. Insbesondere ist die photonische Schicht 9 mit dem photonischen Kristall 10 so nah an der aktiven Schicht 5 angeordnet, dass der photonische Kristall 10 im fertigen Halbleiterlaserchip in einem evaneszenten Feld der in der aktiven Schicht 5 erzeugten elektromagnetischen Strahlung angeordnet ist. (2)Then a photonic layer 9 with a two-dimensional photonic crystal 10 is produced in thesecond semiconductor layer 4. In particular, the photonic layer is produced in thecentral region 8, which is delimited by therecess 7, in thesecond semiconductor layer 4. The photonic crystal 10 hascolumnar holes 11 that are arranged perpendicular to the main surface of the epitaxialsemiconductor layer sequence 2. The columnar holes 11 in thesecond semiconductor layer 4 are arranged in a periodic pattern in order to form the two-dimensional photonic crystal 10. In particular, the photonic layer 9 with the photonic crystal 10 is arranged so close to theactive layer 5 that the photonic crystal 10 in the finished semiconductor laser chip is arranged in an evanescent field of the electromagnetic radiation generated in theactive layer 5. ( 2 )

In einem nächsten Schritt wird eine weitere Schicht 12 auf die photonische Schicht 9 in dem zentralen Bereich 8 aufgebracht. Beispielsweise wird die weitere Schicht 12 epitaktisch aufgewachsen und weist ebenfalls ein p-dotiertes Nitridverbindungshalbleitermaterial auf oder besteht aus einem p-dotierten Nitridverbindungshalbleitermaterial, wie beispielsweise p-GaN. Weiterhin ist es auch möglich, dass die weitere Schicht 12 ein TCO, wie ITO aufweist oder aus einem TCO gebildet ist (3).In a next step, afurther layer 12 is applied to the photonic layer 9 in thecentral region 8. For example, thefurther layer 12 is grown epitaxially and also has a p-doped nitride compound semiconductor material or consists of a p-doped nitride compound semiconductor material, such as p-GaN. Furthermore, it is also possible for thefurther layer 12 to have a TCO, such as ITO, or to be formed from a TCO ( 3 ).

In einem weiteren Schritt werden erste elektrische Kontaktstellen 13 und zweite elektrische Kontaktstellen 14 auf den Waferverbund 6 aufgebracht. Die ersten Kontaktstellen 13 werden in den Ausnehmungen 7 aufgebracht und erstrecken sich über eine Bodenfläche 15 der Ausnehmungen 7 über eine Seitenfläche 16 bis zu einem Bereich der Hauptfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 2, die von dem zentralen Bereich 8 abgewandt ist. Die ersten elektrischen Kontaktstellen 13 kontaktieren insbesondere die erste Halbleiterschicht 3 elektrisch. Die ersten elektrischen Kontaktstellen 13 stehen zumindest in den Ausnehmungen 7 und an den Bodenflächen 15 der Ausnehmungen 7 mit der ersten Halbleiterschicht 3 in direktem Kontakt. Die zweiten elektrischen Kontaktstellen 14 sind in direktem Kontakt auf die weitere Schicht 12 in dem zentralen Bereich 8 der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 2 aufgebracht. Insbesondere kontaktieren die zweiten elektrischen Kontaktstellen 14 die zweite Halbleiterschicht 4 elektrisch.In a further step, first electrical contact points 13 and second electrical contact points 14 are applied to thewafer composite 6. The first electrical contact points 13 are applied in therecesses 7 and extend over abottom surface 15 of therecesses 7, over aside surface 16, to a region of the main surface of the epitaxialsemiconductor layer sequence 2 that faces away from thecentral region 8. The first electrical contact points 13 electrically contact thefirst semiconductor layer 3 in particular. The first electrical contact points 13 are in direct contact with thefirst semiconductor layer 3 at least in therecesses 7 and on the bottom surfaces 15 of therecesses 7. The second electrical contact points 14 are applied in direct contact to thefurther layer 12 in thecentral region 8 of the epitaxialsemiconductor layer sequence 2. In particular, the second electrical contact points 14 electrically contact thesecond semiconductor layer 4.

Zwischen den ersten elektrischen Kontaktstellen 13 und den zweiten elektrischen Kontaktstellen 14 werden Isolationsschichten 17 angeordnet (4). Die Isolationsschichten 17 grenzen insbesondere direkt an die ersten elektrischen Kontaktstellen 13 und die zweiten elektrischen Kontaktstellen 14 an. Insbesondere isoliert die Isolationsschicht 17 die direkt angrenzende erste elektrische Kontaktstelle 13 und die direkt angrenzenden zweite elektrische Kontaktstelle 14 elektrisch voneinander und bedeckt die Seitenfläche 16' der Ausnehmung 7, bevorzugt vollständig. Die Isolationsschichten 17 können auch direkt nach dem Erzeugen der Ausnehmungen oder zu einem anderen Zeitpunkt nach dem Erzeugen der Ausnehmungen auf deren Seitenflächen aufgebracht werden.Insulation layers 17 are arranged between the first electrical contact points 13 and the second electrical contact points 14 ( 4 ). The insulation layers 17 are in particular directly adjacent to the first electrical contact points 13 and the second electrical contact points 14. In particular, theinsulation layer 17 electrically insulates the directly adjacent firstelectrical contact point 13 and the directly adjacent secondelectrical contact point 14 from one another and covers the side surface 16' of therecess 7, preferably completely. The insulation layers 17 can also be applied directly after the recess has been created. ments or at any other time after the recesses have been created on their side surfaces.

In einem nächsten Schritt wird eine Opferschicht 18 auf den Waferverbund 6 über der Hauptfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 2 aufgebracht. Die Opferschicht 18 weist eine Vielzahl an Durchbrüchen 19 auf, die die Opferschicht 18 vollständig durchdringen. Vorliegend wird die Opferschicht 18 direkt auf die ersten elektrischen Kontaktstellen 13 und die zweiten elektrischen Kontaktstellen 14 sowie die Isolationsschichten 17 aufgebracht und bedecken diese vollständig. Beispielsweise weist die Opferschicht 18 ein Dielektrikum oder ein Metall auf.In a next step, asacrificial layer 18 is applied to thewafer composite 6 over the main surface of the epitaxialsemiconductor layer sequence 2. Thesacrificial layer 18 has a large number ofopenings 19 that completely penetrate thesacrificial layer 18. In the present case, thesacrificial layer 18 is applied directly to the first electrical contact points 13 and the second electrical contact points 14 as well as the insulation layers 17 and covers them completely. For example, thesacrificial layer 18 has a dielectric or a metal.

Dann wird eine Planarisierungsschicht 20 in direktem Kontakt auf die Opferschicht 18 aufgebracht. Die Planarisierungsschicht 20 füllt hierbei die Durchbrüche 19 vollständig aus. Beispielsweise ist die Planarisierungsschicht 20 aus einem Polymer, wie BCB, gebildet (5).Then aplanarization layer 20 is applied in direct contact to thesacrificial layer 18. Theplanarization layer 20 completely fills theopenings 19. For example, theplanarization layer 20 is made of a polymer such as BCB ( 5 ).

Dann wird ein Trägerwafer 21 mit einer Fügeschicht 22, beispielsweise mit einer Lotschicht, an der Planarisierungsschicht 20 mechanisch stabil befestigt (6).Then, acarrier wafer 21 is mechanically stably attached to theplanarization layer 20 with a joininglayer 22, for example with a solder layer ( 6 ).

Das Aufwachssubstrat 1 wird gedünnt, beispielsweise durch Schleifen (7). Das gedünnte Aufwachssubstrat 1 weist beispielsweise eine Dicke von einigen mehreren Mikrometern auf. Dies ist ausreichend für eine gute Stromverteilung in der ersten Halbleiterschicht 3. Alternativ kann das Aufwachssubstrat 1 auch vollständig entfernt werden. In diesem Fall wird die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 2 freigelegt. Auf die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 2 kann eine elektrisch leitende Schicht, die beispielsweise ein TCO, wie ITO, aufweist oder einem TCO, wie ITO, besteht, zur Stromeinprägung aufgebracht werden.Thegrowth substrate 1 is thinned, for example by grinding ( 7 ). The thinnedgrowth substrate 1 has a thickness of several micrometers, for example. This is sufficient for good current distribution in thefirst semiconductor layer 3. Alternatively, thegrowth substrate 1 can also be completely removed. In this case, the epitaxialsemiconductor layer sequence 2 is exposed. An electrically conductive layer, which has, for example, a TCO, such as ITO, or consists of a TCO, such as ITO, can be applied to the epitaxialsemiconductor layer sequence 2 for current injection.

In einem nächsten Schritt werden Aussparungen 24 in den Waferverbund 6 ausgehend von dem gedünnten Aufwachssubstrat 1 entlang einer Wachstumsrichtung der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 2 bis zur Opferschicht 18 eingebracht (8). Die Aussparungen 24 durchdringen das Aufwachssubstrat 1 und die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 2 vollständig. Insbesondere wird die Opferschicht 18 zumindest teilweise durch die Aussparungen 24 freigelegt.In a next step, recesses 24 are introduced into thewafer composite 6 starting from the thinnedgrowth substrate 1 along a growth direction of the epitaxialsemiconductor layer sequence 2 up to the sacrificial layer 18 ( 8 ). Therecesses 24 completely penetrate thegrowth substrate 1 and the epitaxialsemiconductor layer sequence 2. In particular, thesacrificial layer 18 is at least partially exposed by therecesses 24.

Durch die Aussparungen 24 werden epitaktische Halbleiterschichtenstapel 25 definiert, die später Teil eines fertigen photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips sind.Therecesses 24 define epitaxial semiconductor layer stacks 25, which later form part of a finished photonic surface-emitting semiconductor laser chip.

Dann wird die Opferschicht 18 entfernt (9), beispielsweise durch nass- oder trockenchemisches Ätzen. Nach dem Entfernen der Opferschicht 18 sind die epitaktischen Halbleiterschichtenstapel 25, die durch die Aussparungen 24 gebildet sind, über das Material der Planarisierungsschicht 22 in den Durchbrüchen 19 der Opferschicht 18 mechanisch mit dem Trägerwafer 21 verbunden. Insbesondere bildet das Material der Planarisierungsschicht 22 in den Durchbrüchen 19 Verbindungselement 23 aus (siehe9).Then thesacrificial layer 18 is removed ( 9 ), for example by wet or dry chemical etching. After the removal of thesacrificial layer 18, the epitaxial semiconductor layer stacks 25, which are formed by therecesses 24, are mechanically connected to thecarrier wafer 21 via the material of theplanarization layer 22 in theopenings 19 of thesacrificial layer 18. In particular, the material of theplanarization layer 22 in theopenings 19 forms connecting elements 23 (see 9 ).

Es liegt nun ein Waferverbund 6 vor, bei dem eine Vielzahl photonischer oberflächenemittierender Halbleiterlaserchips mit dem Trägerwafer 21 über die Verbindungselemente 23 mechanisch verbunden ist.There is now awafer assembly 6 in which a plurality of photonic surface-emitting semiconductor laser chips are mechanically connected to thecarrier wafer 21 via the connectingelements 23.

Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der10 bis 12 wird zunächst wiederum eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge 2 bereitgestellt, wie bereits anhand von1 beschrieben. Allerdings wird keine photonische Schicht 9 mit einem photonischen Kristall 10 in die zweite Halbleiterschicht 4 eingebracht, wie anhand von2 beschrieben. Vielmehr wird eine Vielzahl an Ausnehmungen 7 in die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 2 eingebracht, die die aktive Schicht 5 vollständig durchdringen, so dass die erste Halbleiterschicht 3 an einer Bodenfläche 15 der Ausnehmungen 7 freilegt. Dann werden erste elektrische Kontaktstellen 13, zweite elektrische Kontaktstellen 14 und Isolationsschichten 17 zwischen den ersten elektrischen Kontaktstellen 13 und den zweiten elektrischen Kontaktstellen 14 auf die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 2 aufgebracht, wie anhand der4 beschrieben.In the method according to the embodiment of the 10 to 12 First, an epitaxialsemiconductor layer sequence 2 is provided, as already shown in 1 However, no photonic layer 9 with a photonic crystal 10 is introduced into thesecond semiconductor layer 4, as can be seen from 2 Rather, a plurality ofrecesses 7 are introduced into the epitaxialsemiconductor layer sequence 2, which completely penetrate theactive layer 5, so that thefirst semiconductor layer 3 is exposed at abottom surface 15 of therecesses 7. Then, first electrical contact points 13, second electrical contact points 14 andinsulation layers 17 between the first electrical contact points 13 and the second electrical contact points 14 are applied to the epitaxialsemiconductor layer sequence 2, as can be seen from the 4 described.

In einem weiteren Schritt wird eine Opferschicht 18 mit Durchbrüchen 19 über oder auf der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 2 angeordnet. Vorliegend wird die Opferschicht 18 in direktem Kontakt mit den ersten elektrischen Kontaktstellen 13 und den zweiten elektrischen Kontaktstellen 14 sowie den Isolationsschichten 17 angeordnet.In a further step, asacrificial layer 18 withopenings 19 is arranged above or on the epitaxialsemiconductor layer sequence 2. In the present case, thesacrificial layer 18 is arranged in direct contact with the first electrical contact points 13 and the second electrical contact points 14 as well as the insulation layers 17.

Auf der Opferschicht 18 wird eine Planarisierungsschicht 20 aufgebracht. Die Planarisierungsschicht 20 füllt die Ausnehmungen 7 in der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 2 und die Durchbrüche 19 in der Opferschicht 18 vollständig aus.Aplanarization layer 20 is applied to thesacrificial layer 18. Theplanarization layer 20 completely fills therecesses 7 in the epitaxialsemiconductor layer sequence 2 and theopenings 19 in thesacrificial layer 18.

Auf der Planarisierungsschicht 20 wird ein Trägerwafer 21 mit Hilfe einer Fügeschicht 22, beispielsweise einer Lotschicht, befestigt. Der so erzeugt Waferverbund 6 ist in10 dargestellt.Acarrier wafer 21 is attached to theplanarization layer 20 by means of a joininglayer 22, for example a solder layer. Thewafer composite 6 thus produced is in 10 shown.

In einem nächsten Schritt wird das Aufwachssubstrat 1 vollständig von dem Waferverbund 6 entfernt. Nach dem Entfernen des Aufwachssubstrates 1 ist die erste Halbleiterschicht 3 des ersten Leitfähigkeitstyps frei zugänglich (11). Die erste Halbleiterschicht 3 ist vorliegend n-dotiert.In a next step, thegrowth substrate 1 is completely removed from thewafer assembly 6. After removing thegrowth substrate rates 1, thefirst semiconductor layer 3 of the first conductivity type is freely accessible ( 11 ). Thefirst semiconductor layer 3 is n-doped.

Dann wird eine photonische Schicht 9 mit einem photonischen Kristall 10 in die erste Halbleiterschicht 3 eingebracht (12). Der photonische Kristall 10 ist beispielsweise ausgebildet wie anhand der2 bereits beschrieben.Then a photonic layer 9 with a photonic crystal 10 is introduced into the first semiconductor layer 3 ( 12 The photonic crystal 10 is designed, for example, as shown in the 2 already described.

Dann werden Aussparungen 24 in die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 2 eingebracht, um die Vielzahl an epitaktischen Halbleiterschichtenstapeln 25 zu erzeugen und die Opferschicht 18 teilweise freizulegen, wie bereits anhand der8 beschrieben (12).Then, recesses 24 are introduced into the epitaxialsemiconductor layer sequence 2 in order to produce the plurality of epitaxial semiconductor layer stacks 25 and to partially expose thesacrificial layer 18, as already shown in the 8 described ( 12 ).

Dann wird die Opferschicht 18 entfernt, sodass eine Vielzahl an photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips entsteht, die mit Verbindungselementen 23 gebildet aus dem Material der Planarisierungsschicht 20 mit dem Trägerwafer 21 mechanisch verbunden sind (13).Then thesacrificial layer 18 is removed, so that a plurality of photonic surface-emitting semiconductor laser chips are created, which are mechanically connected to thecarrier wafer 21 by connectingelements 23 formed from the material of the planarization layer 20 ( 13 ).

Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der10 bis 12 wird die photonische Schicht 9 im Unterschied zu dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der1 bis 9 in die erste Halbleiterschicht 3 eingebracht und nicht in die zweite Halbleiterschicht 4. Hierfür wird das Aufwachssubstrat 1 nach dem Befestigen des Trägerwafers 21 vollständig entfernt, sodass die erste Halbleiterschicht 3 frei zugänglich für die Strukturierung mit dem photonischen Kristall 10 ist. Mit anderen Worten wird der photonische Kristall 10 zu einem anderen Zeitpunkt in die zweite Halbleiterschicht 4 eingebracht als in die erste Halbleiterschicht 3.In the method according to the embodiment of the 10 to 12 In contrast to the method according to the embodiment of the 1 to 9 introduced into thefirst semiconductor layer 3 and not into thesecond semiconductor layer 4. For this purpose, thegrowth substrate 1 is completely removed after thecarrier wafer 21 has been attached, so that thefirst semiconductor layer 3 is freely accessible for structuring with the photonic crystal 10. In other words, the photonic crystal 10 is introduced into thesecond semiconductor layer 4 at a different time than into thefirst semiconductor layer 3.

13 zeigt den photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip, der mit dem Trägerwafer 21 über ein Verbindungselement 23 mechanisch verbunden ist. Der photonische oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip weist einen epitaktischen Halbleiterschichtenstapel 25 mit einer aktiven Zone 26 auf, die zwischen einer ersten Halbleiterschicht 3 eines ersten Leitfähigkeitstyps und einer zweiten Halbleiterschicht 4 eines zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist. Die erste Halbleiterschicht 3 ist vorliegend n-dotiert und die zweite Halbleiterschicht 4 p-dotiert ausgebildet. Die aktive Zone 26 ist dazu geeignet, im Betrieb elektromagnetische Laserstrahlung zu erzeugen.13 shows the photonic surface-emitting semiconductor laser chip, which is mechanically connected to thecarrier wafer 21 via a connectingelement 23. The photonic surface-emitting semiconductor laser chip has an epitaxialsemiconductor layer stack 25 with anactive zone 26, which is arranged between afirst semiconductor layer 3 of a first conductivity type and asecond semiconductor layer 4 of a second conductivity type. Thefirst semiconductor layer 3 is n-doped and thesecond semiconductor layer 4 is p-doped. Theactive zone 26 is suitable for generating electromagnetic laser radiation during operation.

Weiterhin umfasst der photonische oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip eine photonische Schicht 9 mit einem zwei-dimensionalen photonischen Kristall 10, der in einem zentralen Bereich 8 des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels 25 angeordnet ist. Der zentrale Bereich 8 wird durch eine Ausnehmung 7 begrenzt, die die aktive Zone 26 durchbricht. Die Ausnehmung 7 ist in Draufsicht rund ausgebildet und umläuft den zentralen Bereich 8. Der photonische oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip sendet im Betrieb elektromagnetische Laserstrahlung von einer Strahlungsaustrittsfläche 27 aus, die ebenfalls durch die Ausnehmung 7 begrenzt ist.Furthermore, the photonic surface-emitting semiconductor laser chip comprises a photonic layer 9 with a two-dimensional photonic crystal 10, which is arranged in acentral region 8 of the epitaxialsemiconductor layer stack 25. Thecentral region 8 is delimited by arecess 7, which breaks through theactive zone 26. Therecess 7 is round in plan view and runs around thecentral region 8. During operation, the photonic surface-emitting semiconductor laser chip emits electromagnetic laser radiation from aradiation exit surface 27, which is also delimited by therecess 7.

Der photonische Kristall 10 ist in einem Nahfeld der elektromagnetischen Laserstrahlung angeordnet. Ein evaneszentes Feld der in der aktiven Zone 26 im Betrieb erzeugten elektromagnetischen Laserstrahlung koppelt optisch an den photonischen Kristall 10 der photonischen Schicht 9. Der photonische Kristall 10 wirkt hierbei als optische Kavität des photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips zur Ausbildung elektromagnetischer Laserstrahlung, die mittels stimulierter Emission erzeugt wird. Insbesondere führt der photonische Kristall 10 dazu, dass die in der aktiven Zone 26 erzeugte elektromagnetische Strahlung in die Moden des photonischen Kristalls 10 emittiert wird.The photonic crystal 10 is arranged in a near field of the electromagnetic laser radiation. An evanescent field of the electromagnetic laser radiation generated in theactive zone 26 during operation optically couples to the photonic crystal 10 of the photonic layer 9. The photonic crystal 10 acts as an optical cavity of the photonic surface-emitting semiconductor laser chip to form electromagnetic laser radiation that is generated by means of stimulated emission. In particular, the photonic crystal 10 causes the electromagnetic radiation generated in theactive zone 26 to be emitted in the modes of the photonic crystal 10.

Bei dem photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip handelt es sich um einen Flip-Chip, bei dem eine erste elektrische Kontaktstelle 13, die die erste Halbleiterschicht 3 in der Ausnehmung 7 elektrisch kontaktiert, und eine zweite elektrische Kontaktstelle 14, die die zweite Halbleiterschicht 4 elektrisch kontaktiert, auf einer Seite des photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips angeordnet sind. Eine erste Montagefläche 37 des photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips ist von einer Außenfläche der ersten elektrischen Kontaktstelle 13 und eine zweite Montagefläche 38 des photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips ist von einer Außenfläche der zweiten elektrischen Kontaktstelle 14 umfasst. Die erste Montagefläche 37 und die zweite Montagefläche 38 liegen in einer gemeinsamen Ebene E.The photonic surface-emitting semiconductor laser chip is a flip chip in which a firstelectrical contact point 13, which electrically contacts thefirst semiconductor layer 3 in therecess 7, and a secondelectrical contact point 14, which electrically contacts thesecond semiconductor layer 4, are arranged on one side of the photonic surface-emitting semiconductor laser chip. A first mountingsurface 37 of the photonic surface-emitting semiconductor laser chip is surrounded by an outer surface of the firstelectrical contact point 13 and a second mountingsurface 38 of the photonic surface-emitting semiconductor laser chip is surrounded by an outer surface of the secondelectrical contact point 14. The first mountingsurface 37 and the second mountingsurface 38 lie in a common plane E.

Bei dem Verfahren zum Herstellen eines Laserbauelements gemäß dem Ausführungsbeispiel der14 bis 16 wird zunächst ein Waferverbund 6 bereitgestellt, wie er beispielsweise mit dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der10 bis 12 erzeugt wird. Eine Draufsicht auf den Waferverbund 6 ist in14 gezeigt. Hier wird eine Vielzahl photonischer oberflächenemittierender Halbleiterlaserchips 28 bereitgestellt, die über Verbindungselemente 23 (nicht dargestellt) mit einem Trägerwafer 21 mechanisch verbunden sind.In the method for producing a laser component according to the embodiment of the 14 to 16 First, awafer composite 6 is provided, as is the case, for example, with the method according to the embodiment of 10 to 12 A top view of thewafer composite 6 is shown in 14 shown. Here, a plurality of photonic surface-emittingsemiconductor laser chips 28 are provided, which are mechanically connected to acarrier wafer 21 via connecting elements 23 (not shown).

Weiterhin wird ein Anschlussträger 29 bereitgestellt, der schematisch in15 in Draufsicht dargestellt ist. Der Anschlussträger 29 ist dafür vorgesehen, einen photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip 28 aufzunehmen. Hierzu weist der Anschlussträger 29 eine erste elektrische Anschlussstelle 30 und eine zweite elektrische Anschlussstelle 31 auf. Die erste elektrische Anschlussstelle 30 ist ringförmig ausgebildet, während die zweite elektrische Anschlussstelle 31 rund ausgebildet ist und beabstandet um die zweite elektrische Anschlussstelle 30 verläuft.Furthermore, aconnection carrier 29 is provided, which is shown schematically in 15 shown in plan view. Theconnection carrier 29 is intended to accommodate a photonic surface-emittingsemiconductor laser chip 28. For this purpose, theconnection carrier 29 has a firstelectrical Connection point 30 and a secondelectrical connection point 31. The firstelectrical connection point 30 is ring-shaped, while the secondelectrical connection point 31 is round and runs at a distance around the secondelectrical connection point 30.

Insbesondere ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die erste elektrische Kontaktstelle 13 des aufzubringenden photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips 28 geometrisch gleich zu der ersten elektrischen Anschlussstelle 30 des Anschlussträgers 29 ausgebildet. Auch die zweite elektrische Kontaktstelle 14 des photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips 28 ist geometrisch gleich zu der zweiten elektrischen Anschlussstelle 14 des Anschlussträgers 29 ausgebildet.In particular, in the present exemplary embodiment, the firstelectrical contact point 13 of the photonic surface-emittingsemiconductor laser chip 28 to be applied is geometrically identical to the firstelectrical connection point 30 of theconnection carrier 29. The secondelectrical contact point 14 of the photonic surface-emittingsemiconductor laser chip 28 is also geometrically identical to the secondelectrical connection point 14 of theconnection carrier 29.

Von dem Trägerwafer 21 wird ein photonischer oberflächenemittierender Halbleiterlaserchip 28 mit Hilfe eines Stempels 32 abgezogen (16) und auf den Anschlussträger 29 versetzt. Der photonische oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip 28 wird mit dem Stempel 32 von dem Trägerwafer 21 mechanisch abgezogen, wobei die Verbindungselemente 23 gelöst werden, und haftet an dem Stempel 32 an.A photonic surface-emittingsemiconductor laser chip 28 is removed from thecarrier wafer 21 by means of a stamp 32 ( 16 ) and transferred to theconnection carrier 29. The photonic surface-emittingsemiconductor laser chip 28 is mechanically removed from thecarrier wafer 21 using thestamp 32, whereby the connectingelements 23 are released, and adheres to thestamp 32.

Beispielsweise wird der oberflächenemittierende photonische Halbleiterlaserchip 28 mit der ersten elektrischen Kontaktstelle 13 und der zweiten elektrischen Kontaktstelle 14 auf die erste elektrische Anschlussstelle 30 und die zweite elektrische Anschlussstelle 31 des Anschlussträgers 29 gelötet.For example, the surface-emitting photonicsemiconductor laser chip 28 with the firstelectrical contact point 13 and the secondelectrical contact point 14 is soldered to the firstelectrical connection point 30 and the secondelectrical connection point 31 of theconnection carrier 29.

Das Laserbauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der17 ist beispielsweise mit dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der14 bis 16 hergestellt.The laser component according to the embodiment of the 17 For example, with the method according to the embodiment of the 14 to 16 manufactured.

Das Laserbauelement gemäß17 weist einen photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip 28 auf, wie er beispielsweise in Verbindung mit dem Verfahren gemäß der10 bis 12 erzeugt wird. Der photonische oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip 28 weist eine photonische Schicht 9 mit einem photonischen Kristall 10 auf, die in eine erste Halbleiterschicht 3 eines epitaktischen Halbleiterschichtenstapels 25 eingebracht ist. Die erste Halbleiterschicht 3 weist einen ersten Leitfähigkeitstyp auf. Vorliegend ist die erste Halbleiterschicht n-dotiert.The laser component according to 17 has a photonic surface-emittingsemiconductor laser chip 28, as used, for example, in connection with the method according to 10 to 12 is generated. The photonic surface-emittingsemiconductor laser chip 28 has a photonic layer 9 with a photonic crystal 10, which is introduced into afirst semiconductor layer 3 of an epitaxialsemiconductor layer stack 25. Thefirst semiconductor layer 3 has a first conductivity type. In the present case, the first semiconductor layer is n-doped.

Der photonische oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip 28 ist mit einem Anschlussträger 29 mechanisch stabil und elektrisch leitend über eine Lotschicht (nicht dargestellt) verbunden. Insbesondere ist eine erste elektrische Kontaktstelle 13 des photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips 28 auf eine erste Anschlussstelle 30 des Anschlussträgers 29 und eine zweite elektrische Kontaktstelle 14 des photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips 28 auf eine zweite Anschlussstelle 31 des Anschlussträgers 29 gelötet.The photonic surface-emittingsemiconductor laser chip 28 is connected to aconnection carrier 29 in a mechanically stable and electrically conductive manner via a solder layer (not shown). In particular, a firstelectrical contact point 13 of the photonic surface-emittingsemiconductor laser chip 28 is soldered to afirst connection point 30 of theconnection carrier 29 and a secondelectrical contact point 14 of the photonic surface-emittingsemiconductor laser chip 28 is soldered to asecond connection point 31 of theconnection carrier 29.

Das Laserbauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der18 weist einen photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip 28 auf, wie er beispielsweise mit dem Verfahren gemäß der1 bis 9 hergestellt wird. Der photonische oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip 28 weist eine photonische Schicht 9 mit einem photonischen Kristall 10 auf, der in die zweite Halbleiterschicht 4 eingebracht ist.The laser component according to the embodiment of the 18 has a photonic surface-emittingsemiconductor laser chip 28, as can be produced, for example, by the method according to 1 to 9 is manufactured. The photonic surface-emittingsemiconductor laser chip 28 has a photonic layer 9 with a photonic crystal 10 which is introduced into thesecond semiconductor layer 4.

Weiterhin weist das Laserbauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der18 einen Anschlussträger 29 auf, der eine erste elektrische Anschlussstelle 30 und eine zweite elektrische Anschlussstelle 31 umfasst und mit dem der photonische oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip 28 mechanisch stabil und elektrisch leitend verbunden ist.Furthermore, the laser component according to the embodiment of the 18 aconnection carrier 29 which comprises a firstelectrical connection point 30 and a secondelectrical connection point 31 and to which the photonic surface-emittingsemiconductor laser chip 28 is connected in a mechanically stable and electrically conductive manner.

Im Betrieb des Laserbauelements sendet der photonische oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip 28 von einer Strahlungsaustrittsfläche 27 elektromagnetische Laserstrahlung aus. Da eine Hauptfläche des photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips 28, die die Strahlungsaustrittsfläche 27 umfasst, frei ist von Bonddrähten, kann die elektromagnetische Laserstrahlung 33, die von der Strahlungsaustrittsfläche 27 ausgesandt wird, unmittelbar in eine optische Faser 34 oder ein optisches Element eingekoppelt werden. Das optische Element und/oder die optische Faser 34 können durch einen Luftspalt 35 beabstandet von der Strahlungsaustrittsfläche 27 des photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips 28 angeordnet sein. Der Luftspalt 35 kann mit einem Material gefüllt sein, das den Brechungsindex der beiden direkt angrenzenden Materialien aneinander anpasst.During operation of the laser component, the photonic surface-emittingsemiconductor laser chip 28 emits electromagnetic laser radiation from aradiation exit surface 27. Since a main surface of the photonic surface-emittingsemiconductor laser chip 28, which comprises theradiation exit surface 27, is free of bonding wires, the electromagnetic laser radiation 33 emitted from theradiation exit surface 27 can be coupled directly into anoptical fiber 34 or an optical element. The optical element and/or theoptical fiber 34 can be arranged at a distance from theradiation exit surface 27 of the photonic surface-emittingsemiconductor laser chip 28 by anair gap 35. Theair gap 35 can be filled with a material that adapts the refractive index of the two directly adjacent materials to one another.

Der Anschlussträger 29 gemäß dem Ausführungsbeispiel der19 kann beispielsweise bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der14 bis 16 verwendet werden.Theconnection carrier 29 according to the embodiment of the 19 For example, in the method according to the embodiment of the 14 to 16 be used.

Der Anschlussträger 29 gemäß der19 weist im Unterschied zu dem Anschlussträger 29 der15 eine erste ringförmige elektrische Anschlussstelle 30 mit einer Öffnung 35 auf. Ein Anschlussträger 29 mit einer solchen Geometrie der ersten Anschlussstelle 30 und der zweiten Anschlussstelle 31 kann besonders einfach durch Löten mit einem photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip 28 verbunden werden, da Luft nicht im Inneren der ersten ringförmigen elektrischen Anschlussstelle 30 eingeschlossen wird, sondern durch die Öffnung 35 entweichen kann.Theconnection carrier 29 according to the 19 In contrast to theconnection carrier 29 of the 15 a first ring-shapedelectrical connection point 30 with anopening 35. Aconnection carrier 29 with such a geometry of thefirst connection point 30 and thesecond connection point 31 can be connected to a photonic surface-emittingsemiconductor laser chip 28 particularly easily by soldering, since air cannot be trapped inside the first ring-shaped electricalnal connection point 30, but can escape through theopening 35.

Auch der Anschlussträger 29 gemäß dem Ausführungsbeispiel der20 kann bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der14 bis 16 verwendet werden. Im Unterschied zu dem Anschlussträger 29 gemäß dem Ausführungsbeispiel der19 umfasst der Anschlussträger 29 neben der ersten elektrischen Anschlussstelle 30 und der zweiten elektrischen Anschlussstelle 31 Leiterbahnen 36, die mit der ersten elektrischen Anschlussstelle 30 und der zweiten elektrischen Anschlussstelle 31 direkt leitend verbunden sind.Theconnection carrier 29 according to the embodiment of the 20 can be used in the method according to the embodiment of the 14 to 16 In contrast to theconnection carrier 29 according to the embodiment of the 19 In addition to the firstelectrical connection point 30 and the secondelectrical connection point 31, theconnection carrier 29 comprises conductor tracks 36 which are directly conductively connected to the firstelectrical connection point 30 and the secondelectrical connection point 31.

Insbesondere erstreckt sich eine Leiterbahn 36 von der ersten elektrischen Anschlussstelle 30 ausgehend durch eine Öffnung 35 der ringförmigen ersten elektrischen Anschlussstelle 30. Parallel hierzu verlaufen weitere Leiterbahnen 36, die mit der ringförmigen ersten elektrischen Anschlussstelle 30 verbunden sind.In particular, aconductor track 36 extends from the firstelectrical connection point 30 through anopening 35 of the ring-shaped firstelectrical connection point 30. Parallel to this, further conductor tracks 36 run which are connected to the ring-shaped firstelectrical connection point 30.

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese 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.The invention is not limited to the embodiments by the description thereof. Rather, the invention encompasses any new feature and any combination of features, which in particular includes any combination of features in the patent claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly stated in the patent claims or embodiments.

Bezugszeichenlistelist of reference symbols

11

Aufwachsubstratgrowth substrate

22

epitaktische Halbleiterschichtenfolgeepitaxial semiconductor layer sequence

33

erste Halbleiterschichtfirst semiconductor layer

44

zweite Halbleiterschichtsecond semiconductor layer

55

aktive Schichtactive layer

66

Waferverbundwafer assembly

77

Ausnehmungrecess

88

zentraler Bereichcentral area

99

photonische Schichtphotonic layer

1010

photonischer Kristallphotonic crystal

1111

säulenförmiges Lochcolumnar hole

1212

weitere Schichtanother layer

1313

erste elektrische Kontaktstellefirst electrical contact point

1414

zweite elektrische Kontaktstellesecond electrical contact point

1515

Bodenfläche der Ausnehmungbottom surface of the recess

16, 16'16, 16'

Seitenfläche der Ausnehmungside surface of the recess

1717

Isolationsschichtinsulation layer

1818

Opferschichtvictim layer

1919

Durchbruchbreakthrough

2020

Planarisierungsschichtplanarization layer

2121

Trägerwafercarrier wafer

2222

Fügeschichtbonding layer

2323

Verbindungselementconnecting element

2424

Aussparungrecess

2525

epitaktischer Halbleiterschichtenstapelepitaxial semiconductor layer stack

2626

aktive Zoneactive zone

2727

Strahlungsaustrittsflächeradiation exit surface

2828

Halbleiterlaserchipsemiconductor laser chip

2929

Anschlussträgerconnection carrier

3030

erste elektrische Anschlussstellefirst electrical connection point

3131

zweite elektrische Anschlussstellesecond electrical connection point

3232

StempelRubber stamp

3333

elektromagnetische Laserstrahlungelectromagnetic laser radiation

3434

optische Faseroptical fiber

3535

Öffnungopening

3636

Leiterbahnconductor track

3737

erste Montageflächefirst mounting surface

3838

zweite Montageflächesecond mounting surface

EE

Ebenelevel

Claims (18)

Translated fromGerman

Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl photonischer oberflächenemittierender Halbleiterlaserchips (28) mit den folgenden Schritten:- Bereitstellen einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (2) mit einer aktiven Schicht (5), die dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, auf einem Aufwachssubstrat (1), wobei die aktive Schicht (5) zwischen einer ersten Halbleiterschicht (3) eines ersten Leitfähigkeitstyps und einer zweiten Halbleiterschicht (4) eines zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist,- Erzeugen einer photonischen Schicht (9) mit einem photonischen Kristall (10) in der ersten Halbleiterschicht (3) oder in der zweiten Halbleiterschicht (4),- Erzeugen von Ausnehmungen (7) ausgehend von einer Hauptfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (2), wobei die Ausnehmungen (7) die aktive Schicht (5) durchdringen,- Aufbringen einer Vielzahl erster elektrischer Kontaktstellen (13) in den Ausnehmungen (7), die die erste Halbleiterschicht (3) elektrisch kontaktieren,- Aufbringen einer Vielzahl zweiter elektrischer Kontaktstellen (14) über oder auf der Hauptfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (2), die die zweite Halbleiterschicht (4) elektrisch kontaktieren.Method for producing a plurality of photonic surface-emitting semiconductor laser chips (28) with the following steps: - providing an epitaxial semiconductor layer sequence (2) with an active layer (5) which is designed to generate electromagnetic radiation on a growth substrate (1), wherein the active layer (5) is arranged between a first semiconductor layer (3) of a first conductivity type and a second semiconductor layer (4) of a second conductivity type, - producing a photonic layer (9) with a photonic crystal (10) in the first semiconductor layer (3) or in the second semiconductor layer (4), - producing recesses (7) starting from a main surface of the epitaxial semiconductor layer sequence (2), wherein the recesses (7) penetrate the active layer (5), - applying a plurality of first electrical contact points (13) in the recesses (7), which first semiconductor layer (3) electrically contacting, - applying a plurality of second electrical contact points (14) above or on the main surface of the epitaxial semiconductor layer sequence (2), which electrically contact the second semiconductor layer (4).Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei Isolationsschichten (17) auf Seitenflächen (16') der Ausnehmungen (7) angeordnet werden.Method according to the preceding claim, wherein insulation layers (17) are arranged on side surfaces (16') of the recesses (7).Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Isolationsschichten (17) zwischen den ersten elektrischen Kontaktstellen (13) und den zweiten elektrischen Kontaktstellen (14) angeordnet werden.Method according to the preceding claim, wherein the insulation layers (17) are arranged between the first electrical contact points (13) and the second electrical contact points (14).Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, mit den weiteren Schritten:- Aufbringen einer Opferschicht (18) über oder auf den ersten elektrischen Kontaktstellen (13) und den zweiten elektrischen Kontaktstellen (14), wobei die Opferschicht (18) eine Vielzahl an Durchbrüchen (19) aufweist, die die Opferschicht (18) vollständig durchdringen, und- Aufbringen einer Planarisierungsschicht (20) auf der Opferschicht (18), wobei ein Material der Planarisierungsschicht (20) die Durchbrüche (19) ausfüllt.Method according to one of the preceding claims, with the further steps:- applying a sacrificial layer (18) over or on the first electrical contact points (13) and the second electrical contact points (14), wherein the sacrificial layer (18) has a plurality of openings (19) which completely penetrate the sacrificial layer (18), and- applying a planarization layer (20) on the sacrificial layer (18), wherein a material of the planarization layer (20) fills the openings (19).Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, mit den weiteren Schritten:- Aufbringen eines Trägerwafers (21) über oder auf der Planarisierungsschicht (20), und- Entfernen der Opferschicht (18), so dass das Material der Planarisierungsschicht (20) in den Durchbrüchen (19) Verbindungselemente (23) ausbildet, die die epitaktische Halbleiterschichtenfolge (2) mit dem Trägerwafer (21) mechanisch verbinden.Method according to the preceding claim, with the further steps:- applying a carrier wafer (21) over or on the planarization layer (20), and- removing the sacrificial layer (18) so that the material of the planarization layer (20) forms connecting elements (23) in the openings (19) which mechanically connect the epitaxial semiconductor layer sequence (2) to the carrier wafer (21).Verfahren nach einem derAnsprüche 4 bis5, wobei eine Vielzahl an Aussparungen (24) in der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (2) erzeugt wird, so dass die Opferschicht (18) durch die Aussparungen (24) zugänglich ist.Method according to one of the Claims 4 until 5 , wherein a plurality of recesses (24) are produced in the epitaxial semiconductor layer sequence (2) so that the sacrificial layer (18) is accessible through the recesses (24).Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die photonische Schicht (9) vor dem Aufbringen der ersten elektrischen Kontaktstellen (13) und der zweiten elektrischen Kontaktstellen (14) auf die epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (2) in der zweiten Halbleiterschicht erzeugt wird (4).Method according to one of the preceding claims, wherein the photonic layer (9) is produced in the second semiconductor layer (4) before the application of the first electrical contact points (13) and the second electrical contact points (14) to the epitaxial semiconductor layer sequence (2).Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die photonische Schicht (9) nach dem Aufbringen der ersten elektrischen Kontaktstellen (13) und der zweiten elektrischen Kontaktstellen (14) auf die epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (2) in der ersten Halbleiterschicht (3) erzeugt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the photonic layer (9) is produced in the first semiconductor layer (3) after the application of the first electrical contact points (13) and the second electrical contact points (14) to the epitaxial semiconductor layer sequence (2).Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem das Aufwachssubstrat (1) vor dem Erzeugen der photonischen Schicht (9) entfernt wird.Method according to the preceding claim, wherein the growth substrate (1) is removed before producing the photonic layer (9).Photonischer oberflächenemittierender Halbleiterlaserchip (28) mit:- einem epitaktischen Halbleiterschichtenstapel (25) umfassend eine aktive Zone (26), die zwischen einer ersten Halbleiterschicht (3) eines ersten Leitfähigkeitstyps und einer zweiten Halbleiterschicht (4) eines zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist, wobei die aktive Zone (26) im Betrieb elektromagnetische Laserstrahlung (33) erzeugt,- einer photonischen Schicht (9) mit einem photonischen Kristall (10), der in einem Nahfeld der in der aktiven Zone (26) erzeugten elektromagnetischen Laserstrahlung (33) angeordnet ist, und- einer ersten elektrischen Kontaktstelle (13) und einer zweiten elektrischen Kontaktstelle (14) über oder auf einer Hauptfläche des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels (25).Photonic surface-emitting semiconductor laser chip (28) with:- an epitaxial semiconductor layer stack (25) comprising an active zone (26) which is arranged between a first semiconductor layer (3) of a first conductivity type and a second semiconductor layer (4) of a second conductivity type, wherein the active zone (26) generates electromagnetic laser radiation (33) during operation,- a photonic layer (9) with a photonic crystal (10) which is arranged in a near field of the electromagnetic laser radiation (33) generated in the active zone (26), and- a first electrical contact point (13) and a second electrical contact point (14) above or on a main surface of the epitaxial semiconductor layer stack (25).Photonischer oberflächenemittierender Halbleiterlaserchip (28) nach dem vorherigen Anspruch, wobei der photonische Kristall (10) ein zwei-dimensionaler photonischer Kristall (10) ist, der zur Bildung elektromagnetischer Laserstrahlung (33) in der aktiven Zone (26) beiträgt.Photonic surface-emitting semiconductor laser chip (28) according to the preceding claim, wherein the photonic crystal (10) is a two-dimensional photonic crystal (10) which contributes to the formation of electromagnetic laser radiation (33) in the active zone (26).Photonischer oberflächenemittierender Halbleiterlaserchip (28) nach einem derAnsprüche 10 bis11, der weiterhin eine erste Montagefläche (37) und eine zweite Montagefläche (38) aufweist, die in einer gleichen Ebene (E) liegen.Photonic surface emitting semiconductor laser chip (28) according to one of the Claims 10 until 11 , which further comprises a first mounting surface (37) and a second mounting surface (38) which lie in a same plane (E).Photonischer oberflächenemittierender Halbleiterlaserchip (28) nach einem derAnsprüche 10 bis12, wobei die erste elektrische Kontaktstelle (13) in Draufsicht ringförmig in einem Abstand um die zweite elektrische Kontaktstelle (14) angeordnet ist.Photonic surface emitting semiconductor laser chip (28) according to one of the Claims 10 until 12 , wherein the first electrical contact point (13) is arranged in a ring shape in plan view at a distance around the second electrical contact point (14).Photonischer oberflächenemittierender Halbleiterlaserchip (28) nach dem vorherigen Anspruch, wobei die ringförmige erste elektrische Kontaktstelle (13) eine Öffnung (35) aufweist, die die ringförmige erste elektrische Kontaktstelle (13) durchbricht.Photonic surface emitting semiconductor laser chip (28) according to the preceding claim, wherein the annular first electrical contact point (13) has an opening (35) which breaks through the annular first electrical contact point (13).Photonischer oberflächenemittierender Halbleiterlaserchip (28) nach einem derAnsprüche 13 bis14, wobei eine Strahlungsaustrittsfläche (27) des photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips (28) in Draufsicht rund ausgebildet ist und von der zweiten elektrischen Kontaktstelle (14) bedeckt ist.Photonic surface emitting semiconductor laser chip (28) according to one of the Claims 13 until 14 , wherein a radiation exit surface (27) of the photonic surface-emitting semiconductor laser chip (28) is round in plan view and is covered by the second electrical contact point (14).Verfahren zur Herstellung eines Laserbauelements mit den folgenden Schritten: - Bereitstellen einer Vielzahl an photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips (28) nach einem derAnsprüche 10 bis15, die mit Verbindungselementen (23) mit einem Trägerwafer (21) mechanisch verbunden sind, und- Übertragen zumindest eines photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips (28) von dem Trägerwafer (21) auf einen Anschlussträger (29).Method for producing a laser component, comprising the following steps: - providing a plurality of photonic surface-emitting semiconductor laser chips (28) according to one of the Claims 10 until 15 which are mechanically connected to a carrier wafer (21) by connecting elements (23), and - transferring at least one photonic surface-emitting semiconductor laser chip (28) from the carrier wafer (21) to a connection carrier (29).Laserbauelement mit:- einem photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip (28) nach einem derAnsprüche 10 bis15, und- einem Anschlussträger (29) mit einer ersten elektrischen Anschlussstelle (30) und einer zweiten elektrischen Anschlussstelle (31), wobei die erste elektrische Kontaktstelle (13) des photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips (28) mit der ersten elektrischen Anschlussstelle (30) des Anschlussträgers (29) und die zweite elektrische Kontaktstelle (14) des photonischen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips (28) mit der zweiten elektrischen Anschlussstelle (31) des Anschlussträgers (29) elektrisch leitend und mechanisch stabil verbunden ist.Laser component comprising: - a photonic surface emitting semiconductor laser chip (28) according to one of the Claims 10 until 15 , and - a connection carrier (29) with a first electrical connection point (30) and a second electrical connection point (31), wherein the first electrical contact point (13) of the photonic surface-emitting semiconductor laser chip (28) is electrically conductively and mechanically stably connected to the first electrical connection point (30) of the connection carrier (29) and the second electrical contact point (14) of the photonic surface-emitting semiconductor laser chip (28) is electrically conductively and mechanically stably connected to the second electrical connection point (31) of the connection carrier (29).Laserbauelement nach dem vorherigen Anspruch, wobei- die zweite elektrische Anschlussstelle (31) in Draufsicht rund ausgebildet ist, und- die erste elektrische Anschlussstelle (30) ringförmig in einem Abstand um die runde zweite elektrische Anschlussstelle (31) angeordnet ist, und - die erste elektrische Anschlussstelle (30) und die zweite elektrische Anschlussstelle (31) mit Leiterbahnen (36) auf dem Anschlussträger (29) verbunden sind.Laser component according to the preceding claim, wherein- the second electrical connection point (31) is round in plan view, and- the first electrical connection point (30) is arranged in a ring shape at a distance around the round second electrical connection point (31), and- the first electrical connection point (30) and the second electrical connection point (31) are connected to conductor tracks (36) on the connection carrier (29).

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