專利名稱：光泵激的發射輻射線的半導體裝置及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種如權利要求1的前序部分所述的光泵激的(optisch gepumpte)發射輻射線的半導體裝置；還涉及如權利要求19和25的前序部分所述的對于該裝置的一種制造方法。
例如專利文件DE 100 26 734.3公開過一種光泵激的發射輻射線的半導體裝置，其內容作為參考容納在本說明書中。在這里描述一種光泵激的表面發射用的半導體激光系統，該裝置配有一個產生輻射線的量子空腔諧振結構(Quantentopfstruktur)和一個泵激輻射線源-例如一個泵激激光器(Pumplaser)以用于量子空腔諧振結構的光泵激。量子空腔諧振結構和泵激輻射線源都是在一個共同的基底上按外延法生長起來的。
在這樣一種半導體激光系統的制造方法中，首先按一個第一外延步驟在一個基底上生長出量子空腔諧振結構。然后部分地清除、例如蝕去量子空腔諧振結構；在一個第二外延步驟中，在所暴露出的部位上生長出泵激輻射線源。
在泵激輻射線源和量子空腔諧振結構之間的交界區處，在第二外延步驟中產生一個所謂的生長區，該生產區的晶體結構具有比較多的晶體缺陷。因此，在該生長區內在泵激輻射線輸入耦合到量子空腔諧結構中時，便會出現光損失，這種光損失會減小半導體激光系統的效益。
本發明的任務是提供一種光泵激的發射輻射線用的半導體裝置，該裝置配有一個量子空腔諧振結構和一個泵激輻射線源，這二者是整體地集成的，該半導體裝置具有改進的效益。尤其是在將泵激輻射線輸入耦合到量子空腔諧振結構中時可減小損失。本發明的另一任務是提供一種對此裝置的制造方法。
上述任務通過權利要求1所述的一種半導體裝置及權利要求19或25所述的一種制造方法加以解決。本發明的一些有利的改進方案則是從屬權利要求的主題。
按照本發明，所形成的一個光泵激的發射輻射線的半導體裝置配有一個半導體，該半導體具有至少一個泵激輻射線源和一個表面發射的量子空腔諧振結構，其中，泵激輻射線源和量子空腔諧振結構是整體集成的，而泵激輻射線源產生泵激輻射線，以用于量子空腔諧振結構的光泵激。在半導體上，在泵激輻射線源和量子空腔諧振結構之間形成一個凹穴，以用于將泵激輻射線輸入耦合到量子空腔諧振結構中。該凹穴特別是如此布置的使得在其結構上可在量子空腔諧振結構和泵激輻射線源之間的生長區得以清理出來。事實已證明利用這種確定設計形成的凹穴，對泵激輻射線的輸入耦合損失與利用上述生長區而實現的一種輸入耦合相比得以有利地減小。
本發明特別適用于這類半導體裝置，其中泵激輻射線源和表面發射的量子空腔諧振結構由不同的半導體層序形成。這些半導體層序最好外延地和依次地在一個共同的基底上形成。其優點在于用于泵激輻射線源和表面發射的量子空腔諧振結構的半導體層序可以彼此獨立地適合于各自的要求、例如不同的發射波長。
按照本發明的一個有利的改進方案，所述凹穴設計成一種溝的形狀，其中該凹溝垂直于或者斜對著泵激輻射線的傳播方向、最好是垂直于或斜對著泵激輻射線源的主輻射方向延伸。一種溝狀的凹穴是比較節省空間的，而且在制造時可以很少技術復雜性地例如作為腐蝕溝加以形成。
所述凹穴最好具有一個第一側面和一個相對置的、最好是平行的第二側面，其中由泵激輻射線源所產生的泵激輻射線首先通過第一側面而輸入耦合到該凹穴中，然后通過對置的第二側面而輸入耦合到量子空腔諧振結構中。通過在具有確定側面的凹穴造型中清除生長區，在泵激輻射線輸入耦合到量子空腔諧振結構中時可有利地減少所述損失。
為了避免在凹穴側面上的反射，有利的做法是用一種介電材料或一種半導體材料填充該凹穴。這樣就可降低側面上的折射率躍遷，從而減小側面上泵激輻射線的反射，進而提高泵激輻射線到量子空腔諧振結構中的輸入耦合。用于填充凹穴的材料最好如此選擇，使得其折射率盡可能近似于或者甚至等于相鄰的半導體材料的折射率，特別是在泵激輻射線源的泵激輻射線導引區內。
當然還有一個有益之處，在凹穴的側面上、特別是在面對泵激輻射線源的那個側面上規定出一個確定的反射。按本發明的這種方案，所述泵激輻射線源可以設計為激光器，其中反射的側面則用作為諧振器反射鏡(Resonatorspiegel)。
為了減小側面上的反射損失，按照本發明的一項優選的改進方案對側面做了如此布置，使得該側面與泵激輻射線源的一個主發射方向形成一個角，該角與布魯斯特角相等。布魯斯特角αB可從下面的關系式得出tan αB＝nA/nP式中nA表示凹穴中的材料(必要時也是空氣或另一種合適的氣體)的折射率；nP表示泵激輻射線源的相鄰半導體材料的折射率，泵激輻射線就是在該半導體材料中傳播的。通過所述側面與泵激輻射線源的主發射方向構成布魯斯特角的這種布置，對那些平行于入射平面(就凹穴的側面而言)被極化的泵激輻射線部分可減少反射損失。
按照本發明，泵激輻射線源最好設計成激光器，特別設計成棱邊發射的激光器或環形激光器。這樣就可以使泵激輻射線強烈地、具有精確的傳播方向地成束，而且可達到一種窄的光譜分布。因此泵激輻射可以最佳地用于量子空腔諧振結構的光泵激，而且能準確地入射到量子空腔諧振結構中。此外，量子空腔諧振結構也可以安置在泵激光器的一個諧振器的內部中。
按照本發明，泵激輻射線最好沿著側向輸入耦合到量子空腔諧振結構中，該量子空腔諧振結構的輻射線發射基本上是垂直于泵激輻射線的傳播方向進行的。此外，半導體裝置可以設計為垂直發射的激光器、例如設計為VCSEL(垂直空腔表面發射激光器-VerticalCavity Surface Emitting Laser)或圓盤激光器。
根據本發明的用于一個光泵激的發射輻射線的半導體裝置的一種制造方法，首先配備一個基底用于半導體生長，在基底上外延地生長出其中可形成量子空腔諧振結構的若干個半導體層。然后將這些半導體層部分地加以清除，并在如此暴露出的部位中生長出泵激輻射線源，使泵激輻射線源側向與量子空腔諧振結構相鄰。其中，泵激輻射線源的半導體層同量子空腔諧振結構的半導體層沿著側向一起生長，從而在泵激輻射線源和量子空腔諧振結構之間產生一個帶有受到比較強烈干擾的晶體結構的生長區。
然后在泵激輻射線源和量子空腔諧振結構之間形成一個凹穴，用于將泵激輻射線輸入耦合到量子空腔諧振結構中。在這種情況下，生長區由于在泵激輻射線輸入耦合時有較高的晶體缺陷密度而會導致光損失，所以生長區至少部分地加以清除，以改進輸入耦合效益。
最好在半導體上腐蝕出所述凹穴。為此濕化學法和干化學法都是適用的，如RIBE法或CAIBE法。如已述及的有利的是將凹穴設計成腐蝕溝。
根據本方法的另一種實施形式，首先在基底上生長出用于泵激輻射線源的層序，然后在其上再設計出一個窗口。在該窗口中接下來以外延法生長出若干個半導體層，其中該層可形成量子空腔諧振結構。
在這種情況下，在泵激輻射線源的層序和量子空腔諧振結構之間產生一個具有比較強烈地受到干擾的晶體結構的生長區。下一步至少部分地清除該生長區，這些步驟的實施與上述的本方法所述的第一個實施形式的步驟相似。
按這些制造方法，最好用一種半導體材料或一種介電材料填充該凹穴，以便降低凹穴和相鄰的半導體材料之間的折射率躍遷，從而減小隨之出現的反射損失。例如凹穴可以用硅樹脂填充。
上述兩步驟-外延法的一個優點特別在于為此可不摻雜表面發射的量子空腔諧振結構，而將其能導電地進行制造。一般地說，所述摻雜會導致在表面發射的量子空腔諧振結構中產生較高的吸收損失。
本發明的其它特征、優點、實用性由下面參照

圖1至6對于本發明的一些實施例所做的說明得出。
附圖表示圖1a和1b 根據本發明的一個半導體裝置的第一實施例的示意橫截面圖和俯視圖，圖2根據本發明的一個半導體裝置的第二實施例的示意俯視圖，圖3根據本發明的一個半導體裝置的第三實施例的示意橫截面圖，圖4a至4f根據本發明的制造方法六個中間步驟的示意圖，
圖5配有根據本發明的一個半導體裝置的一種激光系統的第一實施例，圖6配有根據本發明的一個半導體裝置的一種激光系統的第二實施例示意圖。
在附圖中凡是相同的或作用相同的元件都用同一附圖標記表示。
在圖1a中以橫截面圖表示一種光泵激的發射輻射線的半導體裝置；圖1b表示屬于該裝置的俯視圖。屬于圖1a的截面平面沿圖1b中的A-A線延伸。該半導體裝置具有一個布置在一個基底1上的半導體，該半導體包含一個表面發射的區域15和兩個泵激輻射線源20。在表面發射的區域15中，形成一個表面發射的量子空腔諧振結構11，該結構在工作中由泵激輻射線源20實施光泵激，并產生輻射線5，該輻射線垂直于基底1的表面4或者說垂直于所述半導體和基底1之間的交界面8地被發射。
泵激輻射線源20都是作為棱邊發射的半導體激光器加以設計的，它們按傳統方法進行電泵激。為了實現供電，在半導體的上表面上涂敷一層p-接觸層32，相對置地在基底上涂敷一層n-接觸層9。棱邊發射的半導體激光器各自具有一個有效的(aktive)發射輻射線的層25，該發射層在工作時沿著表面發射區15或量子空腔諧振結構11的方向側向地發射出泵激輻射線2。
處在表面發射區15范圍內的量子空腔諧振結構11被安置在基底上方與棱邊發射的半導體激光器的有效層25相等高度上。這樣可達到下述目的由半導體激光器產生的泵激輻射線2將盡可能完全地輸入耦合到量子空腔諧振結構11中，從而使量子空腔諧振結構以高效益地實現光泵激。
為了提高泵激效益，按照本發明分別在泵激輻射線源20和具有量子空腔諧振結構11的表面發射區15之間形成一個具有溝形的凹穴10。
依傳統方法，在制造所繪示的半導體裝置(下面還將做詳細說明)時，要在基底1上涂敷若干個半導體層以形成量子空腔諧振結構11和泵激輻射線源20。在這種情況下可以產生一個所謂的生長區，在該生長區中泵激輻射線源20的半導體層和量子空腔諧振結構11的半導體層側向地共同生長。由于生長區中的晶體結構受到比較強烈的干擾，所以在該生長區中會大大出現泵激輻射線2的一種散射或吸收。因此這種被散射的或被吸收的泵激輻射線2不能供量子空腔諧振結構11的光泵激使用，從而使泵激效益降低。
根據本發明，通過至少部分地清除生長區中的半導體材料以形成一個例如具有所述溝形的凹穴10。這樣就能有利地減少生長區中泵激輻射線的散射或吸收，從而提高泵激效益。
圖2中以俯視圖表示出一個根據本發明的半導體裝置的第二實施例。該半導體裝置相應于圖1b中所示的俯視圖，其不同之處在于溝形的凹穴10斜對著泵激輻射線2的一個傳播方向延伸。
根據這個實施例，特別有利的是如此形成凹穴10，使得它的側面26和27、也就是介于泵激輻射線源20或表面發射區15和凹穴10之間的交界面彼此平行，而且與泵激輻射線源20的一個主發射方向構成一個角，該角等同于布魯斯特角αB。對于半導體和凹穴之間的過渡，可以下列關系式得出布魯斯特角αBtan αB＝nA/nP式中的nP表示泵激輻射線源20的半導體材料的折射率，特別是泵激輻射線導引層的折射率；nA表示處于凹穴10中的材料的折射率。有時凹穴也可以用氣體例如空氣進行填充或者加以抽空，其中，折射率nA接近于1.0。
凹穴的側面26、27與泵激輻射線源的主發射方向構成布魯斯特角，這一布置的優點在于可降低在凹穴側面上泵激輻射線的反射，從而提高泵激效益。
按上述實施例，最好將泵激輻射線源設計成棱邊發射的半導體激光器，其中半導體的外側面16形成諧振器反射鏡，而表面發射區則布置在如此形成的激光諧振器的內部。
圖3中示出本發明的第三實施例的截面圖。其結構相應于圖1所示的實施例。
所示半導體裝置具有一個基底1，其上涂敷了一個緩沖層6。例如可使用GaAs作為基底的材料，使用不摻雜的GaAs作為緩沖層的材料。
在緩沖層6上，依次在表面發射區15中布置一個第一限制層12、一個量子空腔諧振結構11和一個第二限制層13。限制層12、13例如可以含有未摻雜的GaAs。量子空腔諧振結構11最好包含三個或更多的量子空腔，該量子空腔所具有的厚度相應于由量子空腔諧振結構所要產生的輻射線5用的第一發射波長，該量子空腔通過阻隔層而彼此保持一定間距。量子空腔諧振結構例如是由InGaAs形成的，其厚度相應于由量子空腔諧振結構所要產生的輻射線5所用的一個發射波長1030nm，而阻隔層例如是由GaAs形成的。
在第二限制層13之后安置了一個布拉格鏡(Braggspiegel)3。該布拉格鏡例如可分別由28至30個交替的Ga0.1Al0.9As或Ga0.9Al0.1As制成的層(循環)形成。
在表面發射的區域15旁邊安置了兩個泵激輻射線源20，它們各自為一種棱邊發射的半導體結構21的形式。由棱邊發射的半導體結構21所產生的泵激輻射線2沿著側向被耦合進入到量子空腔諧振結構11中。
棱邊發射的半導體結構21優先設計為LOC-激光器結構(大光學腔-Large Optical Cavity)，各自具有一個單量子空腔諧振結構(SQW-單量子凹穴(Single Quantum Well))。對泵激輻射線2來說，適合的發射波長小于由量子空腔諧振結構所要產生的輻射線5所用的第一發射波長。根據迄此述及的數據，適合于泵激輻射線的一個發射波長為大約1000nm。
棱邊發射的半導體結構21，從基底1來看，各自由以下的層組成一個第一外殼層28，例如由n-Ga0.35Al0.65As形成，涂敷在緩沖層6上；一個第一波導層23，例如由n-Ga0.90Al0.10As形成；一個有效層，例如由未摻雜的InGaAs形成，具有SQW-Ga0.35Al0.65As-層的形式；一個第二波導層24，例如由p-Ga0.90Al0.10As形成；及一個第二外殼層29，例如由p-Ga0.35Al0.65As形成。緊接著在第二外殼層29上的是一個覆蓋層30，例如一個p+-摻雜的GaAs-層，并在其上有p-接觸層32。
LOC-結構22由兩個波導層23、24和居于其間的有效層25所形成。LOC-結構離基底的距離是如此決定的輻射線導引層25被安置在基底上方與量子空腔諧振結構11相同的高度上，從而使產生的泵激輻射線2沿著側向盡可能完全地射入到量子空腔諧振結構中。
在泵激輻射線源20和表面發射的區域15之間，生長區被清除了，從而在泵激輻射線源20和表面發射的區域15之間便形成一個凹穴10。該凹穴最好用一種對泵激輻射線可穿透的材料進行填充。特別可以為所述填充優先使用一種硅樹脂或一種半導體材料。此外，下述做法也是很有利的這種填充材料應有這樣一個折射率，該折射率大致相應于交界的泵激輻射線源的折射率和/或量子空腔諧振結構的折射率，或者相應于上述兩個折射率的幾何平均值。
對于折射率匹配而言，起決定性作用的是在泵激輻射線源20上的輻射線導引層的折射率。這樣的折射率匹配可有利減少凹穴10的側面上的反射損失。
所述及的半導體層最好采用外延法、例如利用金屬有機的蒸汽相外延法(MOVPE)在基底1上生長出來。
在泵激輻射線源的相關外側面16的附近形成與棱邊發射的半導體結構的層相垂直地延伸的反射層31，該反射層用作棱邊發射的LOC-激光結構22用的終端鏡。該反射層從覆蓋層30出發一直延伸到至少第一個外殼層28中，最好如圖所示地延伸到緩沖層6中。這種反射層31可以在用于棱邊發射半導體結構的半導體層生長起來之后通過下述措施加以形成首先利用一種腐蝕法例如反應性離子腐蝕形成腐蝕溝，然后用一種合適的反射性材料進行填充。
可替換的是，泵激輻射線源20的外側面16也可以用作為終端鏡，在這種情況下所述泵激輻射線源最好是通過相關晶片分裂所形成的。
棱邊發射的激光結構也可以安置在一個共同的、由兩個反射層31或側面16所限界的諧振器中，從而使得量子空腔諧振結構也處在該諧振器內。另一種方法是，從量子空腔諧振結構11來觀察凹穴10的處在外面的側面16可以同所屬的反射面31或側面27一起分別形成一個用于棱邊發射的半導體激光器的諧振器，使得量子空腔諧振結構11被布置在這兩個諧振器之中。另一種方法是所述泵激輻射線源設計為環形激光器，量子空腔諧振結構布置在該環形諧振器內。
在覆蓋層30和布拉格鏡3的外露的表面上布置了一個電絕緣的掩蔽層7，例如一個氮化硅層、氧化硅層或一個氧化鋁層，該掩蔽層將p-接觸層32的射流路徑、例如一種接觸金屬化部位固定到泵激輻射線源20中。這樣特別可達到下述目的泵激流只射到泵激輻射線源20中，從而可避免量子空腔諧振結構11的不希望的電泵激。
在基底1的對置于量子空腔諧振結構11或泵激輻射線源20的表面4上，相應于p-接觸層32涂敷了一個n-接觸層9、例如一種接觸金屬化部位，該金屬化部位在表面發射的區域15中被開槽。這種開槽形成一個輸出窗口14，用于由量子空腔諧振結構11所產生的輻射線5。基底的表面4最好在輸出窗口14內取消反射，借以減小由量子空腔諧振結構11所發射的輻射線5的回反射。
在圖4a至4f中，分六個中間步驟示意地繪出根據本發明的半導體裝置所用的一種制造方法。要被制造的半導體裝置基本上相應于圖3。
在一個第一步驟圖4a中，例如利用一種MOVPE-法在基底1上依次生長出緩沖層6、第一限制層12、量子空腔諧振結構11、第二限制層13以及用于布拉格鏡3的層。
然后在一個第二步驟圖4b中，在作為表面發射區15所設置的區域內涂敷了一個腐蝕掩蔽層17，例如一個氮化硅掩蔽層。然后利用腐蝕法在表面發射的、未被腐蝕掩蔽層17所遮蓋的區域的外部腐蝕出用于布拉格鏡3的層、限制層12和13、量子空腔諧振結構11，及緩沖層6的一部分。為此例如一種干腐蝕法是適用的。
在緩沖層6的如此暴露的區域中，在圖4c的一個第三步驟中，為了形成具有所述的棱邊發射的半導體激光器形式的泵激輻射線源20，依次涂敷了第一外殼層28、第一波導層23、有效層25、第二個波導層24、第二外殼層29以及覆蓋層30，為此例如也利用一種MOVPE方法。
在這種情況下所述層是在垂直方向和在稍有幾度的側向方向中生長起來的。所導致的結果是泵激輻射線源20的半導體層都是隨同第一步驟中所涂敷的層在表面發射區域15的邊緣上一起生長的。因此，在表面發射的區域15和泵激輻射線源20之間產生一個生長區19，該生長區如前所述具有一個受到比較強烈干擾的晶體結構，所以使泵激輻射的耦合效益受到影響。
與圖3中所示的實施例有所不同的是，棱邊發射的半導體激光器21的終端鏡是通過半導體的外側面16所形成的。在這個位置上可以看出為了清楚起見，在圖4中只繪出了唯一的一個半導體裝置的制造過程。一般地說，在晶片組合體中同時制造出若干個這種半導體裝置，它們在步驟4c之后仍然是側向地相連的或者是沒有側面16的。側面16其實是在制造方法的下一個步驟中切開晶片結合體的情況下通過分裂而制造出來的。
在一個第四步驟圖4d中，在覆蓋層30上涂敷一個腐蝕掩蔽層18、例如一個按照相平版印刷術制造的漆掩蔽層，該掩蔽層掩蓋著泵激輻射線源20和表面發射的區域15上面的覆蓋層30，從而保護著處于其下方的半導體層。在生長區19上留空腐蝕掩蔽層18。
利用一種腐蝕法在繼后的第五步驟圖4e中，將生長區19清除掉。其中，分別在一個泵激輻射線源20和表面發射的區域15、特別是量子空腔諧體結構11之間形成一個具有一種腐蝕溝形式的凹穴10。在這一步驟中，作為腐蝕法適用的是一種濕化學法或一種干化學法、例如RIBE或CAIBE。
然后可以用一種能夠透過泵激輻射線的材料、例如一種硅樹脂填充該腐蝕溝。為此硅樹脂要加以離心涂敷、按照照相平版印刷術加以結構化處理，然后進行硬化。
接下來在一個第六步驟圖4f中，清除腐蝕掩蔽層18，在覆蓋層30和布拉格鏡3上涂敷電絕緣的掩蔽層7，再在其上涂敷p-接觸層32，以及在基底1的背面上涂敷接觸層9。
根據與圖4a至4f相結合的另一方法過程，首先在基底上生長出一個層序，以用于代表泵激輻射線源的棱邊發射的半導體激光器，然后在其中例如利用掩蔽法和腐蝕法形成一個窗口。隨即在該窗口中按外延法生長出若干個半導體層以用于表面發射的區域15，這些半導體層尤其包含量子空腔諧振結構。
在用于棱邊發射的半導體激光器的層序、即泵激輻射線源和用于表面發射的區域15的半導體層之間，產生一個具有受到比較強烈干擾的晶體結構的生長區。
在該方法程序中所實施的其它步驟與結合圖4d至4f所說明的步驟相似。
圖5示意地表示配有一個根據本發明的半導體裝置的一種激光系統的一個實施例。
半導體裝置例如相應于一個在圖1至3中所示的實施例。與半導體裝置的基底1相對置地布置的是一個外部鏡35，該鏡與半導體裝置的布拉格鏡3一起形成激光系統的激光諧振器。其中，布拉格鏡3形成終端鏡，外部鏡35則形成諧振器的輸出耦合鏡。
輸出耦合鏡35最好設計為可部分透射的介電性鏡。使用一種可部分透射的金屬鏡也是可行的。
半導體裝置的光泵激的量子空腔諧振結構11表征著激光系統的激光有效區，在該半導體裝置上，激光輻射利用光的泵激過程產生，并得到加強。在這種激光系統上，最好在激光諧振器內布置一個非線性的光學元件34、特別是一個非線性的光學晶體。
非線性的光學元件34用于激光輻射的頻率轉換。其中通過一種非線性的光學過程-如總頻率發生、第二、第三或另一更高諧波的或差頻發生，從激光輻射中產生另一種波長的電磁輻射36。如此，通過總頻率的發生、或者諧波頻率的發生，從激光輻射中可特別產生較短波的可見光，該激光輻射在所述及的半導體激光器上或量子空腔諧振結構上通常處在紅或紅外區中。根據激光輻射線和要被產生的輻射線的波長，作為非線性介質-例如KTP、KDP、BBO、KNB、LiNbO、PPLN或LBO是合適的。
按上述實施形式，輸出耦合鏡35最好作為二向色性鏡加以形成，該反射層對于由非線性光學元件34所產生的輻射是很大程度上透射的，而對于激光輻射線則很大程度上是反射的。特別是介電的輸出耦合鏡適合于此目的，利用所述鏡可以通常對于激光輻射線達到一個大于90％的反射度，而對于利用非線性光學元件34所產生的輻射線的輸出耦合則可達到一個低于10％的反射度。
圖6中繪示出配有一個根據本發明的半導體裝置的一種激光系統的另一個實施例。與圖5中所示的實施例的不同之處是，該激光諧振器是設計為折疊式諧振器。為此，在光程中加入另一個鏡33，從而使諧振器軸線被偏轉角度。所述另一個鏡33和輸出耦合鏡35都是呈凹面的，所以在這兩個鏡之間產生一個聚焦區，非線性的光學元件34便安置在該聚焦區中。通過這種聚焦，可以提高非線性光學元件34范圍內由量子空腔諧振結構11所發生的激光輻射線的強度，從而提高非線性轉換。
參照實施例和附圖對本發明所做的說明不能視作對本發明的限制。特別是在本發明中并不強求正好配置兩個泵激輻射線源。半導體裝置也可以只有唯一的一個泵激輻射線源，或者也可以有兩個以上、例如星形地圍繞量子空腔諧振結構布置的泵激空腔輻射線源。
總的說來，本發明還包含每種在實施例范圍和其它描述的構思中述及的特征的組合，盡管這種組合并不是一項權利要求的主題。
權利要求
1.配有一個半導體的光泵激的發射輻射線的半導體裝置，該半導體具有至少一個泵激輻射線源(20)和一個表面發射的量子空腔諧振結構(11)，其中泵激輻射線源(20)和量子空腔諧振結構(11)是整體集成的，泵激輻射線源(20)產生泵激輻射線(2)以用于量子空腔諧振結構(11)的光泵激，其特征在于，在所述半導體上，在泵激輻射線源(20)和量子空腔諧振結構(11)之間形成一個凹穴(10)，以用于將泵激輻射線(2)輸入耦合到量子空腔諧振結構(11)中。
2.按權利要求1所述的半導體裝置，其特征在于，凹穴(10)呈溝形構成，并斜對著或垂直于泵激輻射線(2)的傳播方向延伸。
3.按權利要求1或2所述的半導體裝置，其特征在于，凹穴(10)具有一個朝向泵激輻射線源(20)的第一側面(26)和一個對置的、朝向量子空腔諧振結構(11)的第二側面(27)，其中泵激輻射線(2)通過第一側面(26)射入到凹穴(10)中，然后通過第二側面(27)射入到量子空腔諧振結構(11)中。
4.按權利要求3所述的半導體裝置，其特征在于，第二側面(27)與第一側面(26)平行。
5.按權利要求3或4所述的半導體裝置，其特征在于，第一和/或第二側面(26，27)同泵激輻射線(2)的一個傳播方向、特別是同泵激輻射線源(20)的一個主發射方向構成一個角，該角與布魯斯特角相等。
6.按權利要求1至5中任一項所述的半導體裝置，其特征在于，所述凹穴(10)用一種介電材料或一種半導體材料進行填充。
7.按權利要求6所述的半導體裝置，其特征在于，所述凹穴(10)是用這樣一種材料進行填充，該材料具有的折射率基本上等于泵激輻射線源(2)的折射率、等于量子空腔諧振結構(11)的折射率，或者等于這兩個后述的折射率的幾何平均值。
8.按權利要求1至7中任一項所述的半導體裝置，其特征在于，半導體裝置包含一個垂直發射體，該發射體具有一個產生輻射線的區域，該區域由量子空腔諧振結構(11)所形成。
9.按權利要求8所述的半導體裝置，其特征在于，所述垂直發射體是一個能垂直發射的激光器、特別是一個VCSEL或一個圓盤激光器。
10.按權利要求1至9中任一項所述的半導體裝置，其特征在于，所述泵激輻射線源(20)是一種泵激激光器。
11.按權利要求10所述的半導體裝置，其特征在于，所述泵激激光器是一種棱邊發射的激光器。
12.按權利要求10或11所述的半導體裝置，其特征在于，所述泵激激光器是一種環形激光器。
13.按權利要求10至12中任一項所述的半導體裝置，其特征在于，所述泵激激光器具有一個諧振器，所述量子空腔諧振結構(11)安置在該諧振器內。
14.按權利要求1至13中任一項所述的半導體裝置，其特征在于，泵激輻射線(2)沿著側向被輸入耦合到量子空腔諧振結構(11)中。
15.按權利要求1至14中任一項所述的半導體裝置，其特征在于，泵激輻射線源(20)和表面發射的量子空腔諧振結構(11)是由不同的半導體層序形成的。
16.按權利要求1至15中任一項所述的半導體裝置，其特征在于，泵激輻射線源(20)和表面發射的量子空腔諧振結構(11)是以外延法并依次地形成的。
17.按權利要求1至16中任一項所述的半導體裝置，其特征在于，凹穴(10)布置在介于泵激輻射線源(20)和表面發射的量子空腔諧振結構(11)之間的生長區中。
18.按權利要求1至17中任一項所述的半導體裝置，其特征在于，泵激輻射線源(20)具有至少一個波導層(23、24)。
19.配有一個半導體的一個光泵激的半導體裝置的制造方法，該半導體具有一個表面發射的量子空腔諧振結構(11)和至少一個泵激輻射線源(20)，該泵激輻射線源產生泵激輻射線(2)以用于量子空腔諧振結構(11)的光泵激，其中泵激輻射線源(2)和量子空腔諧振結構(11)是整體集成的，該方法具有以下步驟a)準備一個基底(1)，b)在基底(1)上按外延法生長出若干個半導體層，該半導體層包含量子空腔諧振結構(11)，c)對所述半導體層進行局部清除，d)在通過在步驟c)中的清除而暴露出的區域中按外延法生長出泵激輻射線源(20)，使該泵激輻射線源(20)與所述量子空腔諧振結構(11)相鄰，其特征在于，在泵激輻射線源(20)和量子空腔諧振結構(11)之間構成一個凹穴(10)，以用于將泵激輻射線(2)輸入耦合到量子空腔諧振結構(11)中。
20.按權利要求19所述的方法，其特征在于，在步驟d)中生長出半導體層以用于形成泵激輻射線源(20)，該半導體層沿著側向在一個生長區(19)中至少部分地同量子空腔諧振結構(11)一起生長，而凹穴(10)則通過至少局部清除生長區(19)而形成。
21.按權利要求19或20所述的方法，其特征在于，凹穴(10)通過腐蝕、特別是濕化學腐蝕或干化學腐蝕而形成。
22.按權利要求19至21中任一項所述的方法，其特征在于，凹穴(10)是溝形的，特別是形成為腐蝕溝。
23.按權利要求19至22中任一項所述的方法，其特征在于，凹穴(10)用一種可透過泵激輻射線的材料進行填充。
24.按權利要求23所述的方法，其特征在于，凹穴(10)用硅樹脂或一種半導體材料進行填充。
25.配有一個半導體的一種光泵激的半導體裝置的制造方法，該半導體具有一個表面發射的量子空腔諧振結構(11)和至少一個泵激輻射線源(20)，該泵激輻射線源產生泵激輻射線(2)以用于量子空腔諧振結構(11)的光泵激，其中泵激輻射線源(2)和量子空腔諧振結構(11)是整體集成的，該方法具有以下步驟a)準備一個基底(1)，b)在基底(1)上以外延法生長出若干個半導體層，該半導體層包含泵激輻射線源(20)、形成量子空腔諧振結構(11)，c)在所述若干半導體層中形成一個窗口，以用于量子空腔諧振結構(11)，d)在該窗口中以外延法生長出量子空腔諧振結構(11)，使得泵激輻射線源(20)與該量子空腔諧振結構(11)相鄰，其特征在于，在泵激輻射線源(20)和量子空腔諧振結構(11)之間形成一個凹穴(10)，以用于將泵激輻射線(2)輸入耦合到量子空腔諧振結構(11)中。
26.按權利要求25所述的方法，其特征在于，在步驟d)中生長出半導體層以用于形成量子空腔諧振結構(11)，該半導體層沿著側向在一個生長區中至少部分地與泵激輻射線源(20)的層序一起生長，而凹穴(10)通過至少局部地清除生長區(19)而形成。
27.按權利要求25或26所述的方法，其特征在于，凹穴(10)通過腐蝕、特別是濕化學腐蝕或干化學腐蝕而形成。
28.按權利要求25至27中任一項所述的方法，其特征在于，凹穴(10)是呈溝形的、特別是形成為腐蝕溝。
29.按權利要求25至28中任一項所述的方法，其特征在于，凹穴(10)用一種可透過泵激輻射線的材料進行填充。
30.按權利要求29所述的方法，其特征在于，凹穴(10)用硅樹脂或一種半導體材料進行填充。
全文摘要
本發明涉及配有一個半導體的一種光泵激的發射輻射線的半導體裝置，該半導體具有至少一個泵激輻射線源(20)和一個表面發射的量子空腔諧振結構(11)，其中泵激輻射線源(20)和量子空腔諧振結構(11)是整體集成的。泵激輻射線源(20)產生泵激輻射線(2)用于量子空腔諧振結構(11)的光泵激，其中在半導體上在泵激輻射線源(20)和量子空腔諧振結構(11)之間形成一個凹穴(10)以用于將泵激輻射線(2)輸入耦合到量子空腔諧振結構(9)中。此外，本發明還涉及用于這種半導體裝置的一種制造方法。
文檔編號H01S5/06GK1682418SQ03821233
公開日2005年10月12日 申請日期2003年8月13日 優先權日2002年9月5日
發明者C·卡努特施, N·林德爾, J·盧夫特, S·盧特根, W·施密德 申請人:奧斯蘭姆奧普托半導體有限責任公司