CN101351937A - 垂直发射的、被光泵浦的、在单独的衬底上具有外部谐振器和频率倍增器的半导体 - Google Patents

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Abstract

本发明说明了一种可光泵浦的半导体装置，其具有：表面发射的半导体本体(1)，该表面发射的半导体本体具有辐射穿透面(1a)，该辐射穿透面背离该半导体本体(1)的安装平面；以及光学元件(7)，该光学元件适于将泵浦辐射(17)偏转到半导体本体(1)的辐射透射面(1a)上。半导体本体(1)可以具有外部谐振器，该外部谐振器具有：封闭装置(31)、非线性介质(32)和组合的偏转和耦合输出元件(33)。

Description

垂直发射的、被光泵浦的、在单独的衬底上具有外部谐振器和频率倍增器的半导体
本发明提供了一种可光泵浦的半导体装置。此外，本发明还提供了一种具有这种半导体装置的光学投影装置。
要解决的任务在于提供一种特别紧凑的半导体装置。
根据半导体装置的至少一个实施形式，半导体装置具有表面发射的半导体本体。半导体本体具有辐射穿透面，电磁辐射可以通过该辐射穿透面耦合输入半导体本体中并且可以从半导体本体中耦合输出。尤其是，半导体本体可通过辐射穿透面来光泵浦。这意味着，通过辐射穿透面被耦合输入半导体本体中的泵浦辐射在半导体本体中激发产生电磁辐射，该电磁辐射又通过辐射穿透面离开该半导体本体。半导体本体在此适于在使用设置在外部的(即与半导体本体间隔设置的)谐振腔反射器的情况下产生激光辐射。
根据可光泵浦的半导体装置的至少一个实施形式，辐射穿透面背离半导体本体的安装平面。安装平面例如可以理解为第一支承体的主延伸平面，在该第一支承体上固定有半导体本体。在相同的支承体上于是可以固定有半导体装置的其他元件。辐射穿透面优选平行于或者基本上平行于半导体本体的安装平面地走向。“基本上平行”在此意味着，由于例如安装公差而会使辐射穿透面也与半导体本体的安装平面成一个小的角度。由半导体本体在工作时发射的、通过辐射穿透面射出的辐射垂直于或者基本上垂直于半导体本体的安装平面走向，并且与安装平面偏离。例如，半导体激光装置在此包括恰好一个泵浦辐射源。
根据可光泵浦的半导体装置的至少一个实施形式，半导体装置除了具有半导体本体之外还具有光学元件，该光学元件适于将泵浦辐射偏转到半导体本体的辐射穿透面。这意味着，泵浦辐射从泵浦辐射源并不是直接指向半导体本体的辐射穿透面，而是泵浦辐射穿过至少一个光学元件或者射到至少一个光学元件上，该光学元件将泵浦辐射偏转到半导体本体的辐射穿透面上。
根据可光泵浦的半导体装置的至少一个实施形式，半导体装置具有表面发射的半导体本体，该半导体本体包括辐射穿透面，该辐射穿透面背离半导体本体的安装平面。此外，半导体装置具有光学元件，该光学元件适于将泵浦辐射偏转到半导体本体的辐射穿透面。
根据可光泵浦的半导体装置的至少一个实施形式，半导体装置包括泵浦辐射源。优选地，半导体激光器模块例如边发射的半导体激光器或者边发射的半导体激光器条设置为泵浦辐射源。泵浦辐射源在此除了适于产生辐射的半导体本体之外还可以包括导热元件，半导体本体安装在该导热元件上。由导热元件和发射辐射的半导体本体构成的复合结构因此形成了半导体装置的泵浦辐射源。
根据可光泵浦的半导体装置的至少一个实施形式，泵浦辐射源固定在平行于安装平面的平面中，或者固定在半导体本体的安装平面中。对此，泵浦辐射源和表面发射的半导体本体例如可以施加并且固定在共同的第一支承体上。此外，也可能的是，泵浦辐射源和表面发射的半导体本体分别施加到各自的支承体上并且两个支承体彼此机械相连。
根据可光泵浦的半导体装置的至少一个实施形式，表面发射的半导体本体、用于将泵浦辐射偏转到半导体本体的辐射穿透面上的光学元件以及泵浦辐射源被施加到共同的第一支承体上。半导体装置的这些元件例如可以在共同的安装平面中或者在彼此平行走向的安装平面中被施加在共同的支承体上。
根据可光泵浦的半导体装置的至少一个实施形式，第一支承体由连接支承体构成。优选地，泵浦辐射源电连接到连接支承体上。连接支承体例如是电路板。该连接支承体可以包括由电绝缘的、导热良好的材料构成的基本体。电印制导线可以施加在连接支承体的上侧(半导体本体也被施加到其上的侧)。借助印制导线，半导体装置的泵浦辐射源例如可以被电接触。
根据半导体装置的至少一个实施形式，光学元件适于将泵浦辐射通过光学折射偏转到半导体本体的辐射穿透面上。也就是说，在穿透光学元件的辐射穿透面时，泵浦辐射由于光学元件和周围材料(例如空气)的折射率差而被偏转，使得泵浦辐射在穿过光学元件之后对准半导体本体的辐射穿透面。
根据半导体装置的至少一个实施形式，光学元件适于将泵浦辐射通过反射偏转到半导体本体的辐射穿透面上。也就是说，光学元件是一种反射光学元件。优选地，该光学元件适于将泵浦辐射通过一次的反射偏转到半导体本体的辐射穿透面上。也就是说，该光学元件优选并非是其中泵浦辐射通过多次反射来偏转的光导体。例如，该光学元件是高反射性的镜。例如，该镜是平面镜。也就是说，该镜例如不是凹面镜。
在半导体装置工作时，泵浦辐射例如至少逐段地首先平行于或者基本上平行于半导体本体的辐射穿透面走向。泵浦辐射例如可以越过半导体本体的辐射穿透面走向。也就是说，泵浦辐射首先越过半导体本体走向，而不射到半导体本体上。反射光学元件接着在泵浦辐射的方向上设置在半导体本体之后。泵浦辐射(在其横越半导体本体和由此横越半导体本体的辐射穿透面之后)射到反射光学元件上。泵浦辐射从反射光学元件通过(优选恰好一次)反射偏转到半导体本体的辐射穿透面上。偏转的泵浦辐射在此可以(至少对于短的路径)在与泵浦辐射的、在泵浦辐射射到反射光学元件之前的方向相反的方向上走向。
根据半导体装置的至少一个实施形式，光学元件适于将泵浦辐射朝着半导体本体的安装平面的方向偏转。也就是说，在泵浦辐射射到光学元件之前，泵浦辐射首先在确定的路程段上平行于安装平面走向或者偏离安装平面走向。在任何情况下，泵浦辐射在该路程段上都在安装平面之上并且优选也在半导体本体的辐射穿透面之上的确定的高度上走向。光学元件适于将泵浦辐射向下(朝着安装平面的方向和由此朝着半导体本体的辐射穿透面的方向)偏转。
根据半导体装置的至少一个实施形式，半导体本体设置在泵浦辐射源头与光学元件之间的半导体本体的安装平面中。也就是说，在泵浦辐射被偏转到辐射穿透面上之前，泵浦辐射从半导体本体之上经过。例如可能的是，泵浦辐射源、半导体本体和光学元件以该顺序沿着直线设置。
根据半导体装置的至少一个实施形式，半导体装置包括谐振器附件(Resonatoraufsatz)，该谐振器附件在半导体本体的主辐射方向上设置在半导体本体的安装平面之后。在此，谐振器附件在半导体本体的主辐射方向上也设置在半导体本体的辐射穿透面之后。
谐振器附件例如包括第二支承体，在该第二支承体上固定有谐振腔反射器。该谐振器附件优选平行于或者基本上平行于半导体本体的安装平面设置在半导体本体的安装平面上。
谐振器附件此外还优选包括偏转元件。偏转元件例如可以是偏转镜。由半导体本体在工作时发射的电磁辐射首先射到该偏转元件上并且从那里射到谐振腔反射器。激光辐射由谐振腔反射器又反射到偏转元件上，该偏转元件将辐射通过辐射透射面偏转到半导体本体中。半导体本体例如包括反射层序列，例如布拉格反射器、该反射层序列构成这样构成的激光谐振器的另一谐振腔反射器。
根据至少一个实施形式，谐振器附件借助间隔元件与半导体本体的安装平面间隔。间隔元件例如固定在第一支承体上。在间隔元件上固定有谐振器附件。优选地，半导体装置包括至少两个间隔元件。
根据至少一个实施形式，间隔元件包括光学元件，或者间隔元件由光学元件构成。例如，间隔元件在此可以包括如下光学元件或者由如下光学元件构成：该光学元件适于将泵浦辐射偏转到半导体本体的辐射穿透面上。
然而，此外也可能的是，半导体装置的间隔元件执行其他光学功能。例如，间隔元件之一适于改变泵浦辐射的方向，使得泵浦辐射在穿过间隔元件之后与半导体本体的安装平面偏离。
根据半导体装置的至少一个实施形式，谐振器附件包括频率转换元件。频率转换元件优选是非线性光学晶体。优选地，频率转换元件施加到支承体上。频率转换元件优选适于频率倍增，例如适于使通过频率转换元件的电磁辐射频率加倍。
根据至少一个实施形式，谐振器附件包括加热元件。该加热元件优选适于将频率转换元件加热到可预先给定的温度。对此，加热元件例如导热地与频率转换元件相连。加热元件和频率转换元件在此可以彼此直接接触。但是，也可能的是，加热元件的热通过导热元件(例如第二支承体)被传导到频率转换元件。
根据半导体装置的至少一个实施形式，加热元件由金属涂层构成。优选地，第二支承体包括至少一个金属涂层，谐振器附件的温度借助该金属涂层可被提高和/或被确定。优选地，谐振器附件的温度可以借助金属涂层来提高和确定。金属涂层优选是结构化的金属涂层。例如，金属涂层曲折形地构建或者金属涂层具有多个凹处。金属涂层包含如下金属或者优选由如下金属中的至少一种构成：铂、金。
此外，金属涂层优选还具有接触部，借助该接触部可电接触金属涂层。通过对金属涂层馈送电流，可以适当地提高谐振器附件的温度。通过这样的方式，可以将频率转换元件例如加热到可预先给定的工作温度上。此外，(例如通过测量金属涂层的与温度相关的电阻)可以确定金属涂层的温度，并且由此可以确定谐振器附件和频率转换元件的温度。
优选地，金属涂层为此与控制装置相连，该控制装置适于设置和调节金属涂层的可从外部预先给定的温度。控制装置例如可以包括微控制器。该控制装置可以设置在半导体装置的连接支承体(第一支承体)上。但是，也可能的是，控制装置设置在半导体装置外部，并且导电地与半导体装置相连。
根据半导体装置的至少一个实施形式，谐振器附件导电地与连接支承体相连。例如，谐振器附件可以借助连接线(例如接合线)与连接支承体相连。连接线适于将加热元件的接触部导电地与连接支承体相连。
根据半导体装置的至少一个实施形式，在半导体装置工作时，谐振器附件的温度(例如平均温度)比连接支承体的温度(例如平均温度)至少高10K。例如，连接支承体的平均温度(例如借助有源或者无源的冷却元件)被调节到最大35℃，优选最大30℃。谐振器附件的平均温度优选借助加热元件保持在至少45℃，优选至少50℃。谐振器附件和连接支承体在此尽可能彼此热隔离。这例如可以通过导热差的间隔元件来实现，该间隔元件例如可以包含玻璃。
此外，提供了一种带有可光泵浦的半导体装置的光学投影装置，其中该半导体装置如结合上面所介绍的半导体装置的实施形式中的至少一个所描述的那样。根据至少一个实施形式，光学投影装置例如包括驱动装置，该驱动装置适于驱动可光泵浦的半导体装置。此外，该光学投影装置例如还可以包括成像元件以及投影光学系统。
以下参照实施例和附图更为详细地阐述在此所描述的半导体装置。
图1A以示意性剖面图示出了根据半导体装置的第一实施例的在此所描述的半导体装置的泵浦单元。
图1B以示意性俯视图示出了根据第一实施例的可光泵浦的半导体装置的泵浦单元。
图1C以示意性剖视图示出了根据第二实施例的可光泵浦的半导体装置。
图1D以示意性透视图示出了根据第二实施例的可光泵浦的半导体装置。
图1E以在施加无源光学元件之前的示意性剖面图示出了根据第一或者第二实施例的可光泵浦的半导体装置的泵浦单元。
图1F以示意性俯视图示出了根据第一或者第二实施例的可光泵浦的半导体装置的泵浦单元。
图2A示出了根据第三实施例的在此所描述的半导体装置的泵浦单元的示意性透视图。
图2B以第一角度观察的示意性透视图示出了根据第三实施例的表面发射的半导体装置。
图2C示出了以第二角度观察的、根据第三实施例的表面发射的半导体装置。
图2D以示意性俯视图示出了根据第三实施例的可光泵浦的半导体装置。
图2E和2F示出了不同的观察方向的根据第三实施例的可光泵浦的半导体装置的示意性侧视图。
图2G以示意性侧视图示出了在装备无源光学元件之前的根据第三实施例的可光泵浦的半导体装置的泵浦单元，图2H示出了关联的示意性俯视图。
图3A、3B、3C和3D以示意性俯视图示出了在此所描述的半导体装置的一个实施例的谐振器附件40的制造。
图3E以示意性侧视图示出了这样制造的谐振器附件40。
图3F示出了这样制造的谐振器附件40的示意性俯视图。
结合图4A至4D，描述了一种用于制造谐振腔反射器31的制造方法，其中这些谐振腔反射器用于在此所描述的半导体装置的实施例。
图5示出了具有多个矩阵形设置的连接支承体14的连接支承体复合结构50，其中这些连接支承体例如用于在此所描述的半导体装置的、结合图1和2所描述的实施例。
图6A示出了具有多个矩阵形设置的连接支承体14的连接支承体复合结构50的示意性俯视图，其中这些连接支承体例如用于在此所描述的半导体装置的、结合图1和2所描述的实施例。
图6B示出了连接支承体50的背面的示意性俯视图。
图6C示出了连接支承体50的示意性侧视图。
图6D示出了连接支承体复合结构50的连接支承体14的示意性俯视图。
在实施例和附图中，相同或者作用相同的组成部分分别设置有相同的参考标记。所示的元件并不能视为合乎比例的，更确切地说，为了更好的理解，各个元件可以夸大地示出。
图1A以示意性剖面图示出了根据半导体装置的第一实施例的、在此所描述的半导体装置的泵浦单元。
泵浦单元包括连接支承体14。在此所描述的表面发射的半导体激光装置的基本面(即连接支承体14的基本面)优选在30mm2至150mm2之间。连接支承体14在此处所示的实施例中包括基本体12、下侧金属化物11以及结构化的上侧金属化物13。连接支承体14优选是直接敷铜(DBC)复合材料。基本体12例如由陶瓷材料如AlN构成。基本体12的厚度优选在0.2mm至0.5mm之间，特别优选为0.38mm。上侧金属化物13以及下侧金属化物11例如由铜构成并且具有0.1mm至0.3mm之间的厚度，优选为0.2mm。有利地，铜具有大约400瓦每米开尔文的高导热性。通过与AlN基本体12结合，使连接支承体14在其表面上的有效热膨胀系数下降。这有益于具有小的膨胀系数的半导体本体的安装。
结构化的上侧金属化物13构成印制导线，通过该印制导线可电接触固定在连接支承体14上的有源半导体器件。对结合图1A所描述的连接支承体14替换地也可能的是，使用包括陶瓷基本体12的连接支承体14，该基本体例如由AlN构成。随后，上侧金属化物13可以被施加到基本体12的上侧。对此，例如借助掩膜将金化物直接结构化到基本体12上(例如借助溅射或者蒸镀)。金层的厚度在此为最大1μm，优选最大为500nm。这种连接支承体相对于DBC连接支承体特征在于特别平坦的表面。基本体12的厚度在此优选为最大1mm，特别优选为最大0.7mm。金属阻挡层(例如针对焊接材料)-例如可由铂或者NiCr构成或者包含这些材料中的至少一种-可以直接通过蒸镀或者溅射来沉积和结构化到连接支承体14上。
表面发射的半导体本体1被施加到连接支承体14上。表面发射的半导体本体1例如被焊接到或者被粘合到连接支承体14上。优选地，表面发射的半导体本体1借助焊接连接固定在连接支承体14上。对此特别合适的是薄层焊料。也就是说，表面发射的半导体本体1借助通过溅射或者蒸镀沉积的焊料来固定。焊料包含以下材料中的至少一种或者优选由以下材料中的至少一种构成：AuSn、Sn、SnAg、In、InSn。优选地，焊料层的厚度在1μm至5μm之间。
表面发射的半导体本体1包括反射层序列和产生辐射的层序列。反射层序列优选是反射金属层、布拉格反射器或者这些反射层的组合。优选地，反射层序列是如下的布拉格反射器：该布拉格反射器具有多个半导体层对，这些半导体层对具有有利地高的折射率差。优选地，布拉格反射器包括20至30个或者更多的半导体层对的序列，由此得到了反射器的99.9％或者更大的特别高的反射率。有利地，布拉格反射器与半导体本体1的其余半导体层一起外延地制造。布拉格反射器优选设置在半导体本体1的朝着连接支承体14的侧上。
半导体本体的产生辐射的层序列包括有源区，该有源区具有pn结和/或单量子阱结构和/或优选地多量子阱结构(特别优选未掺杂的多量子阱结构)，多量子阱结构适于产生辐射。术语量子阱结构在说明书的范围内特别是包括任意的、其中载流子由于限制(confinement)而经历其能量状态的量子化的结构。特别地，名称量子阱结构不包含关于量子化的维数的说明。由此，其尤其是包括量子槽、量子线和量子点，以及这些结构的任意组合。
优选地，发射辐射的层序列基于III-V化合物半导体材料。即，发射辐射的层序列包括至少一个由III-V化合物半导体材料构成的层。优选地，发射辐射的层序列基于：氮化物-化合物半导体、磷化物-化合物半导体或者特别优选基于砷化物-化合物半导体。
“基于氮化物-化合物半导体”在上下文中表示，发射辐射的层序列或者其中的至少一层包括氮化物-V-化合物半导体材料，优选包括AlnGamIn1-n-mN，其中0≤n≤1、0≤m≤1并且n+m≤1。在此，该材料并非一定必须具有按照上面的式子的在数学上精确的组分。更准确地说，它可以具有一种或者多种掺杂材料以及附加的组成成分，它们基本上不改变该AlnGamIn1-n-mN材料的典型物理特性。然而，出于简单的原因，上面的式子仅仅包含晶格的主要组成成分(Al，Ga，In，N)，即使这些成分还可部分被少量其他材料所代替。
“基于磷化物-化合物半导体”在上下文中表示，发射辐射的层序列或者其中的至少一层优选包括AlnGamIn1-n-mP，其中0≤n≤1、0≤m≤1并且n+m≤1。在此，该材料并非一定必须具有按照上面的式子的在数学上精确的组分。更准确地说，它可以具有一种或者多种掺杂材料以及附加的组成成分，它们基本上不改变该材料的物理特性。然而，出于简单的原因，上面的式子仅仅包含晶格的主要组成成分(Al，Ga，In，P)，即使这些成分还可部分被少量其他材料所代替。
“基于砷化物-化合物半导体”在上下文中表示，发射辐射的层序列或者其中的至少一层优选包括AlnGamIn1-n-mAs，其中0≤n≤1、0≤m≤1并且n+m≤1。在此，该材料并非一定必须具有按照上面的式子的在数学上精确的组分。更准确地说，它可以具有一种或者多种掺杂材料以及附加的组成成分，它们基本上不改变该材料的物理特性。然而，出于简单的原因，上面的式子仅仅包含晶格的主要组成成分(Al，Ga，In，As)，即使这些成分还可部分被少量其他材料所代替。
这些材料的特色在于可简化实现的高内部量子效率，并且尤其是基于氮化物的化合物半导体材料适于紫外光谱范围的辐射，尤其是基于磷化物的化合物半导体材料适于在可见光的光谱范围的辐射，尤其是基于砷化物的化合物半导体材料适于至红外光谱范围的辐射。
优选地，半导体本体的产生辐射的层序列基于砷化物-化合物半导体材料。在红外光谱范围中的辐射，尤其是在800nm至1100nm范围中的辐射可以在该材料系中特别有效地产生。例如，支承体包含砷化镓而发射辐射的层序列或者其中的至少一层基于材料系AlnGamIn1-n-mAs，其中0≤n≤1、0≤m≤1并且n+m≤1。
此外，在连接支承体14上设置有泵浦辐射源2。泵浦辐射源2例如包括边发射的半导体激光器以及导热元件2a。导热元件2a优选由导热良好的材料构成，如例如金刚石、氮化铝或者碳化硅，或者包含上述材料中的至少一种。泵浦辐射源2借助连接线2b导电地连接到连接支承体14。优选地，泵浦辐射源2借助焊接连接固定在连接支承体14上。适合于此尤其是薄层焊料。也就是说，泵浦辐射源2借助通过溅射或者蒸发沉积的焊料来固定。该焊料包含以下材料中的至少一种或者由以下材料中的至少一种构成：AuSn、Sn、SnAg、In、InSn。优选地，焊料层的厚度为1微米到5微米。
在泵浦辐射源2之后设置有透镜3。透镜3例如用于由泵浦辐射源2发射的泵浦辐射17的快轴准直(FAC)。透镜3对此例如具有非球面弯曲的辐射出射面，并且可以由高折射性的材料如GaP构成。
在泵浦辐射源2的主辐射方向上，在透镜3之后设置有另一光学元件4。该光学元件4优选适于将穿透的泵浦辐射折射。例如，光学元件4适于将泵浦辐射17折射离开或者偏转离开连接支承体14。光学元件4优选包含玻璃。
在光学元件4之后设置有圆柱形透镜5以及球面透镜6。透镜5、6用于穿透的泵浦辐射的慢轴准直(SAC)和/或快轴准直。例如，这两个透镜5、6也可以被唯一的具有非球面弯曲的辐射穿透面的圆柱透镜代替。泵浦辐射从透镜5、6到达偏转元件7。
偏转元件7例如包含玻璃，其中用于泵浦辐射的朝着表面发射的半导体本体的面被高反射性地涂布。偏转元件7将射到的泵浦辐射偏转到表面发射的半导体本体1的辐射穿透面1a上，使得泵浦辐射17优选以一锐角射到辐射穿透面1a上。
此外，间隔元件8可以设置在支承体14上。元件8、4、7可以是以下元件：这些元件类似地成形并且由相同的材料构成。因此，它们仅仅通过反射、消除反射或者无涂层构建的表面以及其在连接支承体14上的取向来区分。
图1B以示意性俯视图示出了根据第一实施例的可光泵浦的半导体装置的泵浦单元。
如从图1B可看到的那样，在连接支承体14上此外还施加有温度传感器9，该温度传感器例如包括NTC电阻。借助温度传感器9可以确定连接支承体14的平均温度。根据连接支承体14的平均温度，例如可以借助热电冷却器来调整泵浦单元的工作温度，该冷却器例如可以设置在连接支承体14的下侧。优选地，泵浦单元的工作温度在20℃到35℃之间，特别优选为25℃。
图1C以示意性剖面图示出了根据第二实施例的可光泵浦的半导体装置。
在此，在表面发射的半导体本体1的主辐射方向上，在泵浦单元之后设置有谐振器附件40。
泵浦单元包括连接支承体14，如上面所描述的那样。此外，泵浦单元还包括泵浦辐射源2，在该泵浦辐射源之后设置有FAC透镜3。泵浦辐射从FAC透镜3穿过光学元件4，该光学元件将泵浦辐射17折射离开连接支承体14。随后，泵浦辐射穿过非球面透镜16，该非球面透镜设置用于准直泵浦辐射。泵浦辐射从那里射到偏转元件7，该偏转元件7将泵浦辐射偏转到表面发射的半导体本体1的辐射穿透面1a上。泵浦辐射17在半导体本体1中激发产生基频的激光辐射18。基频的激光辐射18通过凹处30射入谐振器附件40中，该凹处位于谐振器附件40的支承体34中。激光辐射被例如由达夫棱镜(Dove-Prisma)构成的偏转元件33朝着谐振腔反射器31的方向偏转。在激光谐振器中优选设置有光学非线性晶体31，该晶体例如用于穿透的激光辐射的频率倍增。这样产生的、转换过的辐射19中的大部分通过偏转元件33从半导体装置耦合输出。
优选地，非线性光学晶体31包括以下晶体中的至少一种：三硼酸锂例如LiB3O5(LBO)、三硼酸铋例如BiB3O6(BiBO)、磷酸钛氧钾KTiOPO4(KTP)、同成分的(kongruentes)掺杂氧化镁的铌酸锂例如MgO:LiNbO3(MgO:LN)、化学计量比掺杂氧化镁的铌酸锂例如MgO:s-LiNbO3(MgO:SLN)、化学计量比掺杂氧化镁的钽酸锂例如MgO:LiTaO3(MgO:SLT)、化学计量的LiNbO3(SLN)、化学计量的LiTaO3(SLT)、RTP(RbTiOPO4)、KTA(KTiOAsO4)、RTA(RbTiOAsO4)、CTA(CsTiOAsO4)。
优选地，非线性光学晶体适于使穿透其的辐射频率加倍。
此外，在激光谐振器中可以设置有频率选择元件，如校准器(Etalon)或者双折射的滤光器，该频率选择元件使激光器的光谱稳定和有利地使得激光器的窄带工作容易。
图1D以示意性透视图示出了根据第二实施例的可光泵浦的半导体装置。
图1E以示意性剖面图示出了在施加无源光学元件之前的根据第一或者第二实施例的可光泵浦的半导体装置的泵浦单元。图1F示出了关联的示意性俯视图。
如从图1E和1F可看到的那样，连接支承体14具有辅助校准标记15。辅助校准标记15例如是安置结构(Ablagestrukturen)，该安置结构实施为光敏技术结构化的薄层。
辅助校准标记用作图像处理系统的定向辅助，借助该定向辅助确定了半导体装置的各个元件在连接支承体14上的安置位置。对各个元件的安置精度在此优选为+/-5μm至+/-50μm。特别优选的是，安置精度为至少+/-10μm。
图2A示出了根据第三实施例的在此所描述的半导体装置的泵浦单元的示意性透视图。在该实施例中，半导体装置的基本面(即连接支承体14的面)相对于前两个实施例减小大约30％。与结合图1A至1F所描述的实施例相比，泵浦辐射源2、表面发射的半导体本体1以及偏转光学系统7在此并未沿着直线设置。
泵浦辐射从泵浦辐射源2首先穿透FAC透镜3。从那里，泵浦辐射穿过光学元件4，该光学元件例如由透射棱镜或者平行六面体构成。接着，泵浦辐射由偏转镜45对准非球面圆柱透镜46，该圆柱透镜进一步准直泵浦辐射。泵浦辐射从那里射到偏转光学系统7上，该偏转光学系统将泵浦辐射偏转到表面发射的半导体本体1的辐射透射面上。
图2B以第一角度来看的示意性透视图示出了根据第三实施例的表面发射的半导体装置。图2C以第二角度来看的示意性透视图示出了根据第三实施例的表面发射的半导体装置。与结合图1A至1F所描述的实施例相比，在第三实施例中的偏转光学系统33并不是由达夫棱镜构成而是由平行六面体构成。
图2D以示意性俯视图示出了根据第三实施例的可光泵浦的半导体装置。
图2E和2F示出了在不同的观察方向的根据第三实施例的可光泵浦的半导体装置的示意性侧视图。
如从图2E可看到的那样，在根据第二实施例的半导体装置中没有如下的泵浦辐射射入非线性光学晶体中：该泵浦辐射必要时在表面发射的半导体本体1的辐射穿透面1a上被反射。以这样的方式，可以有利地实现特别稳定的频率转换，因为非线性光学晶体32不会被反射的泵浦辐射17加热。
图2G以示意性侧视图示出了在装配无源光学元件之前的根据第三实施例的可光泵浦的半导体装置的泵浦单元，图2H示出了关联的示意性俯视图。如从图2G和2H中可看到的那样，连接支承体14具有辅助校准标记15。也就是说，在连接支承体14中结构化有安置结构15，该安置结构用作对图像处理系统的定向辅助。辅助校准标记15例如是如下的安置结构：该安置结构实施为光敏技术结构化的膜层。
附加校准标记用作对图像处理系统的定向辅助，借助定向辅助确定了半导体装置的各个元件在连接支承体14上的安置位置。对各个元件的安置精度在此优选为+/-5μm至+/-50μm之间。特别优选地，安置精度为至少+/-10μm。
例如，连接支承体14的宽度y在9mm至13mm之间，优选为大约10mm。连接支承体14的长度x优选在9mm至14mm之间，例如为12mm。
图3A、3B、3C和3D以示意性俯视图示出了用于在此所述的半导体装置的实施例的谐振器附件40的制造。图3E以示意性侧视图示出了这样制造的谐振器附件40。
在图3A中示出了支承体复合结构80，该支承体复合结构包括多个单支承体区域34的矩阵形布置。支承体复合结构80例如由硅晶片构成。例如在此涉及6英寸或者8英寸的硅晶片。每个单支承体区域34都具有凹处30-例如孔。凹处30允许激光辐射穿入谐振器附件40或者从谐振器附件40中穿出。
在下面的方法步骤(参看图3B)中，结构化的金属涂层60被结构化到这些单支承体区域34上。金属涂层60例如由曲折形电路板涂层构成，该电路板涂层可以借助接触部61电接触。
在结合图3C描述的方法步骤中，光学元件如偏转镜33、非线性光学晶体34以及谐振腔反射器31设置在这些单支承体区域34上。优选地，光学元件在复合结构(例如作为包括多个谐振腔反射器31的条)中设置在支承体复合结构80上。以这样的方式，光学元件中的每一个都可以同时设置在多个单支承体区域34上。光学元件例如可以被粘合。优选地，光学元件借助接合(例如阳极接合)固定在单支承体区域34上。
在最后的方法步骤中，支承体复合结构80可以如在图3D中所示沿着在那里标有的箭头分开。在此，设置在复合结构中的光学元件也可以被分开。这得到多个谐振器附件40。这种谐振器附件例如示意性地示出在图3E中。
图3F示出了谐振器附件40的示意性俯视图。优选地，谐振器附件40的长度在c＝8mm至c＝12mm之间，例如为c＝10mm。谐振器附件40的宽度优选在d＝1.75mm至d＝3mm之间，例如d＝2.15mm。
结合图4A至4D描述了用于制造谐振腔反射器31的一种可能的制造方法，如用于在此所描述的半导体装置那样。在这种制造方法中例如硅球体被压印到玻璃圆片70中，使得可以产生在阵列中的多个谐振腔反射器31。图4A示出了这样制造的阵列的关联的示意性俯视图。
图4B示出了阵列70沿着线72分割。由此，产生在图4C中所示的微镜31的条。这样的微镜的棒例如具有大约100mm的长度1。各个微镜31彼此间的距离p为大约2mm。棒的高度h优选为大约2mm，宽度b优选在0.7mm至2.5mm之间。
微镜的这种棒例如可以施加到在图3A至3D中所示的支承体复合结构80上，并且与支承体复合结构80一起被分割。然而，也可能的是，这些条在施加到单支承体区域34上之前被分割成单个的谐振腔反射器31。这种谐振腔反射器31在图4D中以俯视图和剖面图示意性示出。
图5示出了一种连接支承体复合结构50，该连接支承体复合结构具有多个矩阵形设置的连接支承体14，如其例如用于在此所描述的半导体装置的、结合图1和2所描述的实施例那样。连接支承体复合结构50具有主校准标记51，该主校准标记对角线地设置在连接支承体复合结构50的两个角上。主校准标记51例如可以是连接支承体复合结构50的材料的薄层结构化物。此外，还可能的是，主校准标记51是校准片，这些校准片例如可以由硅、玻璃或者陶瓷构成。这些校准片可以具有薄层结构化物。这些主校准标记用于校准在连接支承体复合结构50上的所有元件。连接支承体复合结构50在此形成实用装置(Nutzen)。由于在实用装置中的各个元件形成一个单元，所以以下安装过程是可能的：
-将元件作为条在一个步骤中安装并且稍后与实用装置一起分割，
-施加棱镜条或者透镜条，
-安装被矩阵形和自校准地置入于抽吸工具(Saugwerkzeug)中的各个部分。
由于连接支承体14在连接支承体复合结构50中有规律地矩阵形地设置，所以多个元件在一个步骤中的连续或者同时设置是可能的。
连接支承体复合结构的分割例如可以通过锯或者刻刮和折断来实现。
在此，连接支承体复合结构50优选被张紧在框架中的粘合膜上。
连接支承体复合结构50优选具有50mm×50mm至200mm×200mm的大小。它可以是圆形的或者矩形的。优选地，连接支承体上侧的表面粗糙度小于1μm。这能够实现各个元件在连接支承体上的特别精确的校准。
图6A示出了具有多个矩阵形设置的连接支承体14的连接支承体复合结构50的示意性俯视图，如例如用于在此所描述的半导体装置的、结合图1和2所描述的实施例那样。
连接支承体复合结构50的长度f例如为100mm至120mm之间，优选为110mm。连接支承体复合结构50的宽度e优选在45mm至65mm之间，例如为55mm。连接支承体复合结构50在该实施例中包括11乘4个连接支承体14。
图6B示出了连接支承体复合结构50的背面的示意性俯视图。
图6C示出了连接支承体复合结构50的示意性侧视图。例如包含氮化铝或者由氮化铝构成的基本体12的宽度j优选在0.25mm至0.45mm之间，例如0.38mm。例如由铜构成的下侧金属化物11的厚度i优选为0.2mm至0.4mm之间，例如为0.3mm。例如由铜构成的结构化的上侧金属化物13的厚度g优选在0.2mm至0.3mm之间，例如为0.25mm。
图6D示出了连接支承体复合结构50的连接支承体14的示意性俯视图。连接支承体14具有线接合面163，该线接合面被设计用于借助接合线来电接触在连接支承体14上的部件。此外，连接支承体14具有焊接面164，有源部件可施加到这些焊接面上。此外，连接支承体14还具有焊接停止层165。
在此所描述的半导体装置的特色尤其是在于其特别紧凑的构型。这例如能够实现数毫米的谐振器长度，优选最大为15mm的谐振器长度，特别优选为最大10mm的谐振器长度。这种小的谐振器长度能够实现在产生激光时特别快速的响应时间，如其例如对光学投影应用是有利的那样。此外，在此所描述的半导体装置的特色尤其在于，尤其是工作时产生热的部件(如泵浦辐射源和表面发射的半导体本体)在平面安装中施加在具有高导热性能的支承体上。由此可以将工作中产生的热直接导出到支承体上，而不必例如偏转一个确定的角度。此外，泵浦单元与谐振器附件的热去耦能够实现非线性光学晶体的特别稳定的温度。通过这样的方式，例如可以产生在可见光范围中的特别均匀的激光束。
本发明并非通过借助实施例对本发明的描述而局限于此。更确切地说，本发明包括任意新的特征以及这些特征的任意组合，特别是包含权利要求中的特征的任意组合，即使这些特征或者组合本身没有在权利要求中或者实施例中被明确说明。
本专利申请要求德国专利申请102005063104.5和102006017294.9的优先权，其公开内容通过引用结合于此。

Claims (20)

1.一种可光泵浦的半导体装置，其具有：
-表面发射的半导体本体(1)，该表面发射的半导体本体具有辐射穿透面(1a)，该辐射穿透面背离该半导体本体(1)的安装平面，以及
-光学元件(7)，该光学元件适于将泵浦辐射(17)偏转到半导体本体(1)的辐射透射面(1a)上。
2.根据上一权利要求所述的可光泵浦的半导体装置，该半导体装置具有半导体激光器件，该半导体激光器件设计为泵浦辐射源(2)。
3.根据上一权利要求所述的可光泵浦的半导体装置，其中泵浦辐射源(2)设置在平行于半导体本体(1)的安装平面的平面中。
4.根据上述权利要求中至少一项所述的可光泵浦的半导体装置，其中半导体本体(1)、光学元件(7)和泵浦辐射源(2)设置在共同的第一支承体(14)上。
5.根据上一权利要求所述的可光泵浦的半导体装置，其中第一支承体(14)由连接支承体构成，在该连接支承体上电连接有泵浦辐射源(2)。
6.根据上述权利要求中至少一项所述的可光泵浦的半导体装置，其中光学元件(7)适于将泵浦辐射(17)通过光学折射偏转到半导体本体(1)的辐射穿透面(1a)上。
7.根据上述权利要求中至少一项所述的可光泵浦的半导体装置，其中光学元件(7)适于将泵浦辐射(17)通过反射、尤其是通过一次反射偏转到辐射穿透面(1a)上。
8.根据上述权利要求中至少一项所述的可光泵浦的半导体装置，其中光学元件(7)适于将泵浦辐射(17)朝着半导体本体(1)的安装平面(1a)的方向偏转。
9.根据上述权利要求中至少一项所述的可光泵浦的半导体装置，其中半导体本体(1)设置在泵浦辐射源(2)与光学元件(7)之间的安装平面中。
10.根据上述权利要求中至少一项所述的可光泵浦的半导体装置，其中在半导体装置工作中，在泵浦辐射射到辐射透射面(1a)之前，泵浦辐射(17)越过半导体本体(1)的辐射透射面(1a)走向。
11.根据上述权利要求中至少一项所述的可光泵浦的半导体装置，该半导体装置具有谐振器附件(40)，该谐振器附件在半导体本体的主辐射方向上设置在半导体本体(1)的安装平面之后。
12.根据上一权利要求所述的可光泵浦的半导体装置，其中谐振器附件(40)包括第二支承体(34)，在该第二支承体上固定有谐振腔反射器(31)。
13.根据上述权利要求中至少一项所述的可光泵浦的半导体装置，其中谐振器附件(40)借助间隔元件(8，4，7)与半导体本体(1)的安装平面间隔。
14.根据上一权利要求所述的可光泵浦的半导体装置，其中间隔元件(4，7)包括光学元件或者由光学元件构成。
15.根据上述权利要求中至少一项所述的可光泵浦的半导体装置，其中谐振器附件(40)包括频率转换元件(32)。
16.根据上述权利要求中至少一项所述的可光泵浦的半导体装置，其中谐振器附件(40)包括加热元件(60)，该加热元件导热地与频率转换元件(31)相连。
17.根据上述权利要求中至少一项所述的可光泵浦的半导体装置，其中第二支承体包括金属涂层(60)，借助金属涂层可以提高和确定谐振器附件(40)的温度。
18.根据上述权利要求中至少一项所述的可光泵浦的半导体装置，其中谐振器附件(40)导电地与第一支承体(14)相连。
19.根据上述权利要求中至少一项所述的可光泵浦的半导体装置，其中在半导体装置工作中，谐振器附件(40)的平均温度比第一支承体(14)的平均温度至少高10K。
20.一种光学投影装置，其具有根据上述权利要求中至少一项所述的可光泵浦的半导体装置和设计用于驱动可光泵浦的半导体装置的驱动装置。
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