DE-102022134465-B4 - Halbleiterlichtemissionsbauelement, Lichtemissionsvorrichtung und Entfernungsmessvorrichtung

Abstract

Halbleiterlichtemissionsbauelement (500) mit einer Struktur, in der ein Substrat (301), ein erster Reflektor (302), eine Resonatorkavität (303) mit einer aktiven Lage, ein zweiter Reflektor (504) und eine Tunnelübergangslage (542) in dieser Abfolge gestapelt sind, wobei das Halbleiterlichtemissionsbauelement (500) umfasst: eine Isolationsschicht (561); eine transparente leitfähige Schicht (562), die auf der Isolationsschicht (561) angeordnet ist; einen ersten Stromeinschnürungsabschnitt, der mit einer Oxidationseinschnürungslage (306) in dem zweiten Reflektor (504) eingerichtet ist; und einen zweiten Stromeinschnürungsabschnitt, der mit der Isolationsschicht (561), die auf einer oberen Seite der Tunnelübergangslage (542) ausgebildet ist und eine Öffnung aufweist, und einem Kontaktabschnitt zwischen der transparenten leitfähigen Schicht (562) und einer Halbleiterlage eingerichtet ist, mit der die transparente leitfähige Schicht (562) in Kontakt steht, wobei eine Breite d6 des zweiten Stromeinschnürungsabschnitts kleiner als eine Breite d5 des ersten Stromeinschnürungsabschnitts ist, die Tunnelübergangslage (542) auf einem obersten Abschnitt des zweiten Reflektors (504) angeordnet ist, und die Isolationsschicht (561) und die transparente leitfähige Schicht (562) auf der Tunnelübergangslage (542) angeordnet sind, und die transparente leitfähige Schicht (562) mit dem zweiten Reflektor (504) über die Tunnelübergangslage (542) in Kontakt steht.

Inventors

• Takako Suga
• Takeshi Uchida
• Tatsuro Uchida

Assignees

• CANON KABUSHIKI KAISHA

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20221222

Priority Date

20220101

Claims (11)

1. Halbleiterlichtemissionsbauelement (500) mit einer Struktur, in der ein Substrat (301), ein erster Reflektor (302), eine Resonatorkavität (303) mit einer aktiven Lage, ein zweiter Reflektor (504) und eine Tunnelübergangslage (542) in dieser Abfolge gestapelt sind, wobei das Halbleiterlichtemissionsbauelement (500) umfasst: eine Isolationsschicht (561); eine transparente leitfähige Schicht (562), die auf der Isolationsschicht (561) angeordnet ist; einen ersten Stromeinschnürungsabschnitt, der mit einer Oxidationseinschnürungslage (306) in dem zweiten Reflektor (504) eingerichtet ist; und einen zweiten Stromeinschnürungsabschnitt, der mit der Isolationsschicht (561), die auf einer oberen Seite der Tunnelübergangslage (542) ausgebildet ist und eine Öffnung aufweist, und einem Kontaktabschnitt zwischen der transparenten leitfähigen Schicht (562) und einer Halbleiterlage eingerichtet ist, mit der die transparente leitfähige Schicht (562) in Kontakt steht, wobei eine Breite d6 des zweiten Stromeinschnürungsabschnitts kleiner als eine Breite d5 des ersten Stromeinschnürungsabschnitts ist, die Tunnelübergangslage (542) auf einem obersten Abschnitt des zweiten Reflektors (504) angeordnet ist, und die Isolationsschicht (561) und die transparente leitfähige Schicht (562) auf der Tunnelübergangslage (542) angeordnet sind, und die transparente leitfähige Schicht (562) mit dem zweiten Reflektor (504) über die Tunnelübergangslage (542) in Kontakt steht.
2. Halbleiterlichtemissionsbauelement (400) mit einer Struktur, in der ein Substrat (301), ein erster Reflektor (302), eine Resonatorkavität (303) mit einer aktiven Lage, ein zweiter Reflektor (304) und eine Tunnelübergangslage (442) in dieser Abfolge gestapelt sind, wobei das Halbleiterlichtemissionsbauelement (400) umfasst: eine Isolationsschicht (461) mit einer Öffnung; eine transparente leitfähige Schicht (462), die auf der Isolationsschicht (461) angeordnet ist; einen ersten Stromeinschnürungsabschnitt, der mit einer Oxidationseinschnürungslage (306) in dem zweiten Reflektor (304) eingerichtet ist; und einen zweiten Stromeinschnürungsabschnitt, der mit der Tunnelübergangslage (442), die auf einer oberen Seite des zweiten Reflektors (304) ausgebildet ist, eingerichtet ist, wobei sich der zweite Stromeinschnürungsabschnitt in der Öffnung der Isolationsschicht (461) befindet, wobei eine Breite d4 des zweiten Stromeinschnürungsabschnitts kleiner als eine Breite d1 des ersten Stromeinschnürungsabschnitts ist, die Breite d4 des zweiten Stromeinschnürungsabschnitts kleiner als ein Durchmesser der Öffnung der Isolationsschicht (461) ist, die Tunnelübergangslage (442) auf dem obersten Abschnitt des zweiten Reflektors (304) angeordnet ist, um zumindest einen nicht oxidierten Abschnitt innerhalb der Oxidationseinschnürungslage (306) in dem ersten Stromeinschnürungsabschnitt in einer Draufsicht zu umfassen, und die transparente leitfähige Schicht (462) mit dem zweiten Reflektor (304) zumindest über die Tunnelübergangslage (442) elektrisch in Kontakt steht.
3. Halbleiterlichtemissionsbauelement (500) nach Anspruch 1 , wobei die Öffnung der Isolationsschicht (561) in dem zweiten Stromeinschnürungsabschnitt in einem nicht oxidierten Abschnitt innerhalb der Oxidationseinschnürungslage (306) in dem ersten Stromeinschnürungsabschnitt in einer Draufsicht umfasst ist.
4. Halbleiterlichtemissionsbauelement (500) nach Anspruch 1 oder 3 , wobei die Breite d5 des ersten Stromeinschnürungsabschnitts 30 µm ≤ d5 ≤ 70 µm erfüllt.
5. Halbleiterlichtemissionsbauelement (500) nach Anspruch 1 oder 3 , wobei die Breite d5 des ersten Stromeinschnürungsabschnitts 50 µm ≤ d5 ≤ 100 µm erfüllt.
6. Halbleiterlichtemissionsbauelement (400, 500) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , wobei eine transparente Isolationsschicht (763) auf der transparenten leitfähigen Schicht (462, 562) angeordnet ist.
7. Halbleiterlichtemissionsbauelement (400, 500) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , wobei ferner ein aus einer dielektrischen Substanz ausgebildeter dritter Reflektor (801) auf dem zweiten Reflektor (304, 504) angeordnet ist.
8. Halbleiterlichtemissionsbauelement (400, 500) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , wobei die transparente leitfähige Schicht (462, 562) eine Indiumzinnoxid, ITO, -Lage ist.
9. Halbleiterlichtemissionsbauelement (400, 500) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , wobei die Resonatorkavität (303) und der zweite Reflektor (304, 504) mesaförmig sind, und mit der Isolationsschicht (461, 561) bedeckt sind, die eine Öffnung aufweist.
10. Lichtemissionsvorrichtung, mit einer Vielzahl der Halbleiterlichtemissionsbauelemente (400, 500) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 Seite an Seite.
11. Entfernungsmessvorrichtung (2000), mit: einer Lichtquelle, die das Halbleiterlichtemissionsbauelement (400, 500) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst; einem Sensor (1070), der ein reflektiertes Licht des durch die Lichtquelle erzeugten Lichts erfasst; und einer Verarbeitungseinheit (1080), die Entfernungsinformationen auf der Grundlage eines Erfassungszeitpunkts zur Erfassung des reflektierten Lichts beschafft.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Technisches Gebiet Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterlichtemissionsbauelement, eine Lichtemissionsvorrichtung und eine Entfernungsmessvorrichtung. Stand der Technik Ein oberflächenemittierender Laser mit einer vertikalen Kavität (VCSEL) zieht als eine Lichtquelle für eine Lichterfassung und eine Entfernungsmessung (LIDAR) einer Flugzeitart (ToF-Art) Aufmerksamkeit auf sich. Eine höhere Leistung wird für Lichtquellen verlangt, um eine Entfernungsmessgenauigkeit zu verbessern, und eine messbare Entfernung zu erhöhen. Ein mögliches Verfahren für eine Umsetzung einer großen Leistung bei einem VCSEL ist es, einen Lichtemissionsdurchmesser zu erhöhen. Jedoch verringert ein einfaches Erhöhen eines Lichtemissionsdurchmessers die Stromdichte in einem Abschnitt um die Mitte eines Lichtemissionsdurchmessers, und erhöht die Stromdichte in dessen Umfangsabschnitt. Mit anderen Worten, nur ein Erhöhen des Lichtemissionsdurchmessers verursacht Probleme bei einer Strahlsteuerung eines Fernfeldes, und bei einer Haltbarkeit. Die Druckschrift WO 2019/ 107 273 A1 offenbart einen VCSEL der substratrückseitenemittierenden Art, wobei eine Stromeinschnürungsstruktur, die von der Oxidationseinschnürung verschieden ist, auf der Vorderseite eines Substrats angeordnet ist. Durch diese Konfiguration kann die Stromdichte nicht nur in einem Umfangsabschnitt, sondern auch in dem Abschnitt um die Mitte des Lichtemissionsdurchmessers vergrößert werden, während der Lichtemissionsdurchmesser vergrößert wird. In dem Fall eines VCSEL der substratrückseitenemittierenden Art wird Licht jedoch durch das Substrat absorbiert, sodass eine solche Umsetzung abhängig von der Wellenlänge nicht möglich sein kann oder eine hohe Leistung nicht erzielt werden kann. Die Druckschrift JP 2006 - 114 915 A offenbart einen VCSEL einer substratvorderseitenemittierenden Art, bei dem die Stromeinschnürungsstruktur, die von der Oxidationseinschnürung verschieden ist, durch eine Diffusion oder Ionenimplantation auf der Vorderseite der Vorrichtung angeordnet ist, die die lichtemittierende Seite ist. Durch Vergrößern des Lichtemissionsdurchmessers unter Verwendung dieser Konfiguration kann die Stromdichte nicht nur in dem Umfangsabschnitt, sondern auch in dem Abschnitt um die Mitte des Lichtemissionsdurchmessers vergrößert werden. Die Druckschrift JP 2006 - 114 915 A offenbart ein Verfahren zum Ausbilden einer Stromeinschnürungsstruktur, in der ein Strom nur durch den Mittelabschnitt fließt, indem Ionen in den Umfangsabschnitt auf der Substratvorderseite implantiert werden, um den Widerstand des Umfangsabschnitts zu erhöhen. Unter Bezugnahme auf 13 ist nachstehend ein Problem beschrieben, das in dem Fall erzeugt wird, dass die Stromeinschnürungsstruktur in dieser Weise ausgebildet wird. Ein VCSEL gemäß 13 umfasst eine Elektrodenlage 701, ein n-GaAs-Substrat 702, eine n-DBR-Lage 704, ein aktives Gebiet 706, eine Isolationslage (z.B. ein Oxid) 707, eine p-DBR-Lage 708, eine p-GaAs-Lage 710 und eine obere Elektrode 714. In einem solchen VCSEL ist ein Hochwiderstandsgebiet 712 durch Implantieren von Ionen in einen Umfangsabschnitt der p-GaAs-Lage 710 ausgebildet, und ein Strompfad von der zweiten Elektrode 714 zu einem Strominjektionsgebiet 720 ist in dem oberen Abschnitt der p-GaAs-Lage 710 übrig gelassen. Ferner ist ein Strompfad von dem Strominjektionsgebiet 720 zu einer Öffnung 716 in dem p-DBR 708 ausgebildet. Konsequenterweise muss die Dicke der p-GaAs-Lage 710 in der Größenordnung von µm ausgebildet sein. Falls die Entfernung des Strominjektionsgebiets 720 in der vertikalen Richtung des Substrats dick bzw. groß wird (Größenordnung µm), erhöht sich der Widerstand, und infolgedessen erhöht sich die Spannung des gesamten Halbleiterlichtemissionsbauelements. Des Weiteren offenbart die Druckschrift CN 209 516 312 U eine Laserstruktur mit vertikaler Oberflächenemission, die Druckschrift JP 2018 049 862 A offenbart eine lichtemittierende Nitrid-Halbleitervorrichtung mit einem Nitrid-Halbleiter mit einer Wurtzitstruktur, die Druckschrift DE 10 2019 106 644 A1 offenbart eine Vertikalresonatoroberflächenemissionslaservorrichtung mit integriertem Tunnelkontakt und die Druckschrift US 2005 / 0 111 507 A1 offenbart einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaser, der als Lichtquelle in der optischen Informationsverarbeitung und der optischen Hochgeschwindigkeitskommunikation verwendet wird und ein Verfahren zu dessen Herstellung. ERFINDUNGSZUSAMMENFASSUNG Unter Berücksichtigung des Vorstehenden ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Halbleiterlichtemissionsbauelement bereitzustellen, das Strahlen in einem Fernfeld mit einer hohen Leistung leicht steuert, während eine Erhöhung einer Spannung in dem gesamten Bauelement begrenzt ist. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Halbleiterlichtemissionsbauelement nach Anspruch 1 und 2, eine Lichtemissionsvorrichtung nach Anspruch 10 und eine Entfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 11