DE102004063569A1

DE102004063569A1 - VCSEL mit integrierter Linse

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Publication number: DE102004063569A1
Application number: DE102004063569A
Authority: DE
Inventors: Tak Kui Saratoga Wang; Frank Z.-Y. San Jose Hu; Annette C. Cupertino Grot
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2004-03-05
Filing date: 2004-12-30
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2024-12-31
Also published as: JP2005252257A; US20050195882A1; CN100541947C; DE102004063569B4; US7223619B2; CN1722553A; US20070147460A1; US7535949B2

Abstract

Ein Waferebene-Bauelement-Herstellungsverfahren bildet stehende Strukturen um Emissionsflächen mehrerer VCSELs. Die stehenden Strukturen können geformt sein, um Kugellinsen oder andere optische Elemente für jeweilige VCSELs zu halten, oder können Plattformen umfassen, auf denen optische Elemente gebildet sind. Kugellinsen, die entweder während Chipebene- oder Waferebene-Verfahren an den stehenden Strukturen befestigt werden, passen in die stehenden Strukturen und werden automatisch ausgerichtet. Eine Waferebene-Herstellung optischer Elemente kann die optischen Elemente mit Genauigkeiten ausrichten, die man mit photolithographischen Verfahren in Verbindung bringt. Die optischen Elemente können unter Verwendung eines Formgebungs- oder Replikationsverfahrens, eines Druckverfahrens oder einer Oberflächenspannung während eines Aufschmelzens lithographisch gebildeter Regionen gebildet werden.

Description

Ein Vertikalresonatoroberflächenemissionslaser (VCSEL) ist eine Halbleiterlaserdiode, die unter Verwendung hinreichend bekannter Waferverarbeitungstechniken hergestellt werden kann. Herkömmlicherweise stellen derartige Techniken eine größere Anzahl von VCSELs auf einem einzigen Wafer her. Der Wafer wird anschließend gesägt, geritzt oder auf andere Weise in Chips bzw. Dice (Plural von „Die", Halbleiterstück bzw. Chip) unterteilt, wobei jeder Chip zumindest einen VCSEL und möglicherweise eine andere integrierte Schaltungsanordnung, die auf dem Wafer gebildet wurde, enthält. Die Chips werden dann zum Zweck der Verwendung eingehäust.

Eine übliche Verwendung eines VCSEL ist zur der Herstellung eines optischen Signals zur Übertragung auf einer optischen Faser. Bei dieser Anwendung tritt das optische Signal von dem VCSEL allgemein über einen optischen Koppler oder ein optisches Tor in die optische Faser ein. Zum Zweck eines effizienten Koppelns der optischen Energie von dem VCSEL in die optische Faser müssen der VCSEL und die optische Faser so ausgerichtet sein, dass das Strahlintensitätsprofil des VCSEL hauptsächlich auf dem Kern der optischen Faser liegt. Ein optisches System zwischen dem VCSEL und der optischen Faser kann verwendet werden, um die Kopplungseffizienz zu verbessern und die Ausrichtungstoleranz des VCSEL und der optischen Faser zu erhöhen. Insbesondere umfasst ein für eine derartige Verwendung übliches optisches System ein oder mehrere optische Elemente, die das Profil des Lichtstrahls auf das bzw. an dem Ende der optischen Faser fokussieren und/oder manipulieren. In der folgenden Erörterung bezieht sich der Begriff Linse auf jegliches optische Element, das das Profil eines Lichtstrahls manipulieren kann und ein Brechungs- oder Beugungselement sein kann.

Ein Bilden einer Linse direkt auf der Emissionsfläche des VCSEL schlägt allgemein darin fehl, eine angemessene optische Leistungsfähigkeit zu erzielen, da es schwierig ist, eine Linse mit einer ausreichend geringen Brennweite herzustellen, um den Strahl ordnungsgemäß zu fokussieren oder kollimieren. Demgemäß sind zum Verarbeiten des optischen Signals normalerweise Luftzwischenräume oder Trennungen zwischen der Linse und der Lichtemissionsfläche des VCSEL erforderlich. Ferner kann ein Linsenmaterial auf einer aktiven Region des VCSEL die Zuverlässigkeit des VCSEL beeinträchtigen, indem es eine Schnittstellenbeanspruchung bewirkt. Das Linsenmaterial auf der vorderen Facette eines VCSEL kann auch das Reflexionsvermögen des vorderen Spiegels des VCSEL verändern, was einen Neuentwurf des VCSEL erforderlich macht.

Wenn man die Linsen zu einem Bestandteil des Gehäuses oder der Baugruppe, das bzw. die den VCSEL enthält, macht, ermöglicht dies eine Verwendung eines Linsenelements einer größeren Brennweite mit einem Luftzwischenraum. Jedoch besteht ein Nachteil optischer Gehäuse oder Baugruppen, die eine Linse zwischen dem VCSEL und der Faser verwenden, in dem Erfordernis, den VCSEL, die Linse und die optische Faser auszurichten. Das Ausrichten einer Linse auf einen VCSEL auf einem Chip erfordert allgemein Präzisionsinstrumente und kann ein zeitaufwändiger und somit kostspieliger Vorgang sein. Somit werden Strukturen und Verfahren gesucht, die die Kosten, die damit verbunden sind, einen VCSEL mit einer Linse zu kombinieren, verringern.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Bauelemente und Verfahren mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch Bauelemente gemäß Anspruch 1 oder 11 sowie durch Verfahren gemäß Anspruch 24 oder 35 gelöst.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung bildet ein Waferebene-Bauelementherstellungsverfahren stehende Strukturen auf mehreren VCSEL auf einem Wafer. Die stehenden Strukturen können geformt sein, um Kugellinsen oder andere optische Elemente für jeweilige VCSELs zu halten und können mit der Präzision, die während eines Waferverarbeitens erzielt wird, ausgerichtet sein. Beispielsweise kann ein lithographisches Verfahren die stehende Struktur eines Polymermaterials wie z.B. eines Photoresist, eines isolierenden Materials, eines Halbleitermaterials oder eines Metalls bilden. Kugellinsen können entweder während des Chipebene-Einhäusungsverfahrens oder eines Waferebene-Verfahrens auf den stehenden Strukturen platziert werden. Bevor oder nachdem die Kugellinse auf die stehende Struktur platziert wird, kann ein Haftmittel auf die stehende Struktur aufgebracht werden. Das Haftmittel kann dann ausgehärtet werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung bildet ein Waferebene-Bauelementherstellungsverfahren Strukturen, die Linsen auf dem Wafer umfassen. Waferebene-Verfahren richten somit die Linsen präzise mit Laserdioden aus. Ein Waferebene-Verfahren befestigt einen Linsenwafer an stehenden Strukturen oder Abstandshaltern auf einem Laserwafer. Brechungs- oder Beugungslinsen können vor oder nach einem Bonden des Linsenwafers mit dem Laserwafer auf der Linse gebildet werden. Ein weiteres Waferebene-Verfahren bildet Abstandshalterstrukturen, die über Emissionsflächen von Laserdioden liegen, und bildet auf den Abstandshalterstrukturen Brechungs- oder Beugungslinsen. Unter Verwendung einer Opferschicht können unter den Linsen Luftzwischenräume vorgesehen werden. Insbesondere kann die Opferschicht über den Emissionsflächen der Laserdioden gebildet werden und anschließend entfernt werden, nachdem die Linsen gebildet werden, um Zwischenräume zwischen den Laserdioden und den darüber liegenden Linsen zu erzeugen. Die Linsen können unter Verwendung einer Vielzahl von Techniken, einschließlich eines Formgebungs- oder Replikationsverfahrens, Druckverfahren und Oberflächenspannung während einer Verflüssigung von lithographisch gebildeten Regionen auf einem Laserwafer gebildet werden.

Ein spezifisches Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Bauelement, das folgende Merkmale umfasst: einen Chip, der eine Laserdiode enthält; eine stehende Struktur, die an dem Chip befestigt ist und eine Emissionsfläche umgibt, durch die ein Strahl von der Laserdiode aus dem Chip austritt; und eine Kugellinse, die an der stehenden Struktur befestigt ist und sich zumindest teilweise in einem durch die stehende Struktur definierten Hohlraum befindet.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Bauelement, das folgende Merkmale umfasst: ein Substrat, das eine Laserdiode enthält; eine stehende Struktur, die an dem Substrat befestigt ist; und eine Linse, die auf der stehenden Struktur gebildet ist und über einer Emissionsfläche liegt, durch die ein Strahl von der Laserdiode aus dem Substrat austritt. Das Substrat kann entweder ein Wafer vor einer Unterteilung in separate Chips oder einen Chip nach der Unterteilung sein.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Laserdiode mit einer Linse. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Herstellen einer Mehrzahl von Laserdioden auf einem Wafer; Bilden von stehenden Strukturen auf dem Wafer, wobei die stehenden Strukturen eine Mehrzahl von Hohlräumen definieren, die auf jeweiligen Emissionsflächen der Laserdioden mittig angeordnet sind; und Befestigen von Linsen an den stehenden Strukturen, wobei sich jede der Linsen zumindest teilweise in einem entsprechenden der Hohlräume befindet. Jede der Linsen befindet sich zumindest teilweise in einem entsprechenden der Hohlräume und ist somit in Bezug auf eine entsprechende Laserdiode selbstjustiert.

Ein Verfahren gemäß einem wieder anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst: Herstellen einer Mehrzahl von Laserdioden auf einem ersten Wafer; Bilden von stehenden Strukturen auf dem ersten Wafer; und Herstellen von Linsen, die über den stehenden Strukturen liegen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Teil eines Wafers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, der mehrere Halbleiterlaser mit den stehenden Strukturen für Linsen enthält;
2 eine perspektivische Ansicht eines Halbleiterlaserchips mit einer befestigten Kugellinse gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 ein System gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das das Strahlprofil eines optischen Signals kollimiert oder anpasst, um Ausrichtungstoleranzen zum Koppeln des optischen Signals in ein faseroptisches Tor zu erhöhen;
4A, 4B, 4C und 4D veranschaulichen ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das ein Linsenarray auf einem Linsenwafer bildet, das an stehenden Strukturen auf einem Wafer, der Laserdioden enthält, befestigt ist;
5A, 5B und 5C ein Waferebene-Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das Linsen auf Abstandshaltern bildet, die über Laserdioden liegen;
6A, 6B, 6C und 6D ein Waferebene-Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das eine Opferschicht entfernt, um Luftzwischenräume zwischen einem Laserwafer und Linsen, die durch ein Replikationsverfahren gebildet werden, zu erzeugen;
7A, 7B und 7C ein Waferebene-Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das eine Opferschicht entfernt, um Luftzwischenräume zwischen einem Laserwafer und Linsen, die durch Tintenstrahldrucken gebildet werden, zu erzeugen;
8A, 8B und 8C ein Waferebene-Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das eine Opferschicht entfernt, um Luftzwischenräume zwischen einem Laserwafer und Linsen, die durch ein Aufschmelzverfahren gebildet werden, zu erzeugen.
Eine Verwendung derselben Referenzsymbole in unterschiedlichen Figuren deutet auf ähnliche oder identische Objekte hin.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Waferebene-Verfahren zur Herstellung von Halbleiterlaserdioden Strukturen zur Ausrichtung von optischen Elementen erzeugen. Die optischen Elemente können auf der Wafer-Ebene oder auf der Chip-Ebene an einzelnen Laserdioden befestigt oder über denselben gebildet werden.
1 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem in und auf einem Wafer 100 mehrere Laserdioden 110 gebildet wurden. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist jede Laserdiode 110 ein Vertikalresonatoroberflächenemissionslaser (VCSEL), der unter Verwendung hinreichend bekannter Halbleiterverarbeitungstechniken gebildet werden kann. Beispielsweise beschreibt die US-Patentschrift Nr. 6,658,040 mit dem Titel „High Speed VCSEL" ein spezifisches Beispiel einer geeigneten Laserdiode, allgemeiner können Aspekte der Erfindung jedoch auf jede beliebige Laserdiodenarchitektur angewendet werden, die einen Laserstrahl aus einer Oberfläche oder einem Wafer emittiert.
Jede Laserdiode 110 umfasst Verbindungsanschlussflächen 112 für elektrische Verbindungen und eine Lichtemissionsfläche 114, durch die ein Lichtstrahl austritt. Ritzgräben 102 trennen die Laserdioden 110 und ermöglichen ein Sägen, Ritzen oder eine andere Verarbeitung, die den Wafer 100 in einzelne Chips schneidet, ohne die Laserdioden 110 zu beschädigen.
Stehende Strukturen 120A, 120B, 120C und 120D (hierin generisch als Strukturen 120 bezeichnet) umgeben jeweilige Lichtemissionsflächen 114 jeder der Laserdioden 110, für die eine Linse bereitgestellt werden wird. Die stehenden Strukturen 120A, 120B, 120C und 120D unterscheiden sich in 1 voneinander, um manche der geeigneten Geometrien für die Strukturen 120 zu veranschaulichen, typischer ist jedoch, dass bei einem Verfahren, das im Wesentlichen identische Bauelemente herstellt, alle Strukturen 120 auf einem Wafer 100 identisch sind.
Die stehenden Strukturen 120A in 1 ist ringförmig und auf der Emissionsfläche 114 der entsprechenden Laserdiode 110 mittig angeordnet. Der Innendurchmesser, die Breite und die Höhe der stehenden Struktur 120 hängt allgemein von der Größe und den optischen Eigenschaften der Linsen, die über den Laserdioden 110 zu befestigen sind, ab und kann auch von dem bei der stehenden Struktur 120A verwendeten Material und von den Techniken und Strukturen, die elektrische Verbindungen mit den Laserdioden 110 bilden, abhängen. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Linse eine Kugellinse mit einem Durchmesser von 300 μm ist, kann die stehende Struktur 120A aus einem Polymermaterial wie z.B. Polyimid, Cycloten, einem Epoxy oder einem Photoresist hergestellt sein und weist einen Innendurchmesser von etwa 60 bis 80 μm, eine Breite von etwa 20 bis 40 μm und eine Höhe oder Dicke von etwa 20 bis 60 μm auf. Ein Beispiel eines geeigneten Polymermaterials ist Durimid 7520, das von Arch Chemical hergestellt wird. Ein weiteres mögliches Polymermaterial ist SU-8 von MicroChem Corp. Beide Polymermaterialien können durch Aufschleudern aufgebracht und durch lithographische Verfahren strukturiert werden.
Die stehende Struktur 120B, 120C und 120D ähneln der stehenden Struktur 120A, weisen jedoch eine oder mehrere Öffnungen 122 auf, die durch die jeweiligen Ringwände gebildet ist bzw. sind. Die Öffnungen 122 können bei Ausführungsbeispielen, wo ein Haftmittel Linsen an den Strukturen 120 befestigt, dazu beitragen, den Fluss von Luft/Haftmittel zu steuern. Insbesondere beschichtet ein Befestigungsverfahren eine Struktur 120 mit einem optisch transparenten Haftmittel, bevor eine Kugellinse auf der Struktur 120 platziert wird. Zum Zweck der besten optischen Leistungsfähigkeit sollten Ungleichmäßigkeiten wie z.B. unregelmäßige Luft/Haftmittel-Grenzflächen aus dem optischen Pfad des Laserstrahls ausgeschlossen sein. Dementsprechend wird ein Hohlraum, der in der Struktur 120 zwischen der Kugellinse und der Laserdiode 110 gebildet ist, vorzugsweise mit Luft oder mit einem durchsichtigen Haftmittel gefüllt, und Gasblasen in dem Haftmittel sollten vermieden werden, wo sich das Haftmittel in dem optischen Pfad befindet. Die Öffnungen 122 ermöglichen ein Füllen des Hohlraums in der Struktur 120 mit Haftmittel, ohne Luft oder Gasblasen einzuschließen. Ein Haftmittel wie z.B. Silikon, das keine bedeutende Schnittstellenbeanspruchung verursacht, wird bei Ausführungsbeispielen bevorzugt, bei denen das Füllen des Hohlraums mit Haftmittel direkt auf einer aktiven Oberfläche einer Laserdiode 110 erfolgt.
Bei einem alternativen Befestigungsverfahren, das einen Luftzwischenraum zwischen dem Laser 110 und der Linse bildet, verhindern die Öffnungen 122, dass eine Wärmeausdehnung von eingeschlossenem Gas die Befestigung der Linse stört. Die Größe und Anzahl der Öffnungen 122 in den Struk turen 120 kann so ausgewählt werden, dass sie für das jeweilige verwendete Befestigungsverfahren am besten geeignet ist.
Die veranschaulichten stehenden Strukturen 120, wie sie oben beschrieben wurden, sind vorwiegend ringförmig, und wenn eine Kugellinse auf einer derartigen Struktur 120 platziert wird, liefert der Sitz der Kugellinse eine automatische Ausrichtung der Kugellinse mit der darunter liegenden Laserdiode 110. Andere Geometrien für eine stehende Struktur 120 könnten ferner eine automatische Ausrichtung liefern, wenn sie mit einer Kugellinse oder einem anderen optischen Element verwendet werden, die bzw. das geformt ist, um in eine Öffnung zu passen, die die stehende Struktur 120 erzeugt. Beispielsweise können drei oder mehr Pfosten gleicher Höhe, die einen gleichen Abstand von der Lichtemissionsfläche 114 einer Laserdiode 110 aufweisen, eine Kugellinse in einer richtigen Ausrichtung halten, und derartige Pfosten können eine Vielzahl von Formen aufweisen, einschließlich, aber nicht ausschließlich, der in 1 gezeigten Ringabschnitte.
Wie oben erwähnt wurde, können stehende Strukturen 120 aus einer Vielzahl von Materialien gebildet werden, einschließlich Polymeren, Metallen und Isolatoren. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das ein Polymer, z.B. ein Photoresist, verwendet, beginnt die Herstellung von stehenden Strukturen 120 mit einem Aufschleudern einer Schicht aus Photoresist, z.B. SU-8, auf einen Wafer, auf dem die Laserdioden 110 hergestellt wurden. Die Dicke der Photoresistschicht wird gemäß der gewünschten Höhe der stehenden Strukturen 120 ausgewählt und beträgt bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung etwa 20 bis 60 μm. Ein herkömmliches photolithographisches Verfahren kann die Photoresistschicht anschließend einem Lichtmuster der entsprechenden Wellenlänge aussetzen und anschließend den Photoresist entwickeln, um Photoresistregionen zu belassen, die die stehenden Strukturen 120 bilden. Die Photoresistre gionen können gebrannt oder auf andere Weise gehärtet werden, um die Haltbarkeit der stehenden Struktur 120, falls gewünscht, zu verbessern.
Alternative Ausführungsbeispiele für die stehenden Strukturen 120 können andere Materialien als Polymere enthalten. Insbesondere kann eine stehende Struktur 120 aus Metall unter Verwendung eines Elektroplattierungsverfahrens hergestellt werden. Für ein derartiges Verfahren kann eine Keimbeschichtung, die eine Haftmittelschicht aus Chrom und eine Oberschicht aus Gold umfasst, auf den Wafer 100 aufgebracht werden. Eine Photoresist-Formgebungsschicht, die dann auf der Keimschicht gebildet wird, umfasst Öffnungen, die die Keimschicht in den Bereichen, die der stehenden Struktur 120 entsprechen, freilegen. Ein Elektroplattierungsverfahren kann die freigelegten Bereiche anschließend mit einem Metall wie z.B. Nickel auf eine gewünschte Dicke, z.B. zwischen 20 und 60 μm, plattieren. Die Photoresistschicht und die unplattierten Abschnitte der Keimschicht werden dann entfernt, um stehende Strukturen 120 aus Metall zu hinterlassen.
2 zeigt ein Bauelement 200 mit einer Kugellinse 230, die gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung befestigt ist. Das Bauelement 200 umfasst einen Chip 210, der einer der Laserdioden 110 auf dem Wafer 100 der 1 entspricht. Die Kugellinse 230 kann eine Kugel aus einem optischen Material wie z.B. Kunststoff, Glas oder Saphir sein, die einen Durchmesser und Brechungsindex aufweist, die vorzugsweise ausgewählt sind, um einen Ausgangsstrahl aus der darunter liegenden Laserdiode zu kollimieren oder fokussieren. Drähte 250 für elektrische Verbindungen können unter Verwendung herkömmlicher Drahtbondtechniken an Bondanschlussflächen 112 befestigt werden, bevor die Kugellinse 230 platziert wird. Jedoch wird eine Drahtverbindung mit geringem Profil oder kurzer Schleife bevorzugt, um zu verhindern, dass Bonddrähte 250 die Platzierung der Kugellinse 230 stören. Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Ku gellinse 230 einen Durchmesser von etwa 300 μm aufweist und die stehende Struktur 120 eine Höhe von etwa 38,5 μm und einen Innendurchmesser von etwa 65 μm aufweist, erstrecken sich Bonddrähte 250 vorzugsweise weniger als etwa 150 μm über der Oberfläche des Chips 210 unter der Kugellinse 230.
Die Kugellinse 230 ruht auf der stehenden Struktur 120 und kann mit einem Haftmittel, z.B. Silikon, festgeklebt werden. Wie oben erwähnt wurde, kann ein optisch transparentes Haftmittel den Hohlraum zwischen der Kugellinse 230 und der darunter liegenden Laserdiode füllen. Alternativ dazu kann ein (nicht gezeigtes) Haftmittel die Kugellinse 230 umgeben und/oder die stehende Struktur 120 abdecken, was zwischen der Kugellinse 230 und der darunter liegenden Laserdiode einen Luftzwischenraum hinterlässt.
Ein weiteres alternatives Befestigungsverfahren beschichtet den Wafer 100 zunächst mit Polyimid und dann mit einem positiven Resist wie z.B. Microposit S1822, der von Shipley hergestellt wird. Die Polyimidschicht kann somit nichtphotoabbildbar sein. Ein lithographisches Verfahren strukturiert anschließend die Photoresistschicht, um eine Maske zu bilden, und strukturiert das Polyimid unter Verwendung der Photoresistmaske. Die sich ergebende stehende Struktur 120 umfasst eine Polyimidbasis, die mit Photoresist abgedeckt ist. Die Kugellinse 230 wird anschließend in die stehende Struktur 120 platziert, entweder bevor oder nachdem der Wafer 100 in Chips geschnitten wird, und der auf dem Polyimid verbleibende Photoresist wird auf Rückfluss erhitzt, um die Kugellinse 230 dauerhaft in der stehenden Struktur 120 zu halten oder zu befestigen.
Die oben beschriebenen Verfahren zum Befestigen von Kugellinsen 230 an entsprechenden stehenden Strukturen 120 können allgemein entweder auf der Waferebene oder auf der Chip-Ebene durchgeführt werden. Wenn ein Haftmittel verwendet wird, kann ein Chip-Ebene-Befestigungsverfahren nach einem Drahtbonden bevorzugt sein, um zu verhindern, dass überschüssiges Haftmittel das Drahtbonden beeinträchtigt. Wenn ein Aufschmelzen von Photoresist die Linsen befestigt, kann ein Waferebene-Verfahren bevorzugt sein, es sei denn, die befestigten Linsen stören die Chiptrennungs- oder Drahtbondverfahren.
Das lithographische Verfahren, das die Gestalt und Position von stehenden Strukturen 120 definiert, richtet die stehenden Strukturen 120 auf die Laserdioden 110 aus, und die Passung der Kugellinse 230 in den Hohlraum in der stehenden Struktur 120 richtet die Kugellinse 230 auf die stehende Struktur 120 aus. Ferner vermeidet die sphärische Symmetrie einer Kugellinse 230 das Erfordernis, die Orientierung der Kugellinse 230 zu steuern. Das Befestigungsverfahren ist somit relativ einfach und kostengünstig und liefert eine Ausrichtung mit hoher Präzision (z.B. mit einer Toleranz von weniger als etwa 4 μm).
3 veranschaulicht ein System 300, bei dem ein optisches Signal von einer optischen Quelle 310 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in eine optische Faser 326, die einem optischen Tor 320 zugeordnet ist, gekoppelt wird. Beispielsweise kann das System 300 ein Bestandteil eines Kommunikationssystems zum Senden von Daten auf einem faseroptischen Netzwerk oder ein Teil eines CD- oder DVD-Abspielgeräts oder -Laufwerks sein.
Ein optisches System 310 umfasst einen VCSEL-Chip 210, der an einer Chip-Halterung 312 befestigt ist. Die Chip-Halterung 312 kann eine gedruckte Schaltungsplatine oder eine mechanische Trägerstruktur sein. Verbindungsdrähte oder andere Strukturen (nicht gezeigt) können den VCSEL-Chip 210 mit der Chip-Halterung 312 oder einer anderen Schaltungsanordnung (nicht gezeigt) elektrisch verbinden. Ein Haftmittel 240 befestigt eine Kugellinse 230 an einer stehenden Struktur 120, die die Emissionsfläche der Laserdiode auf dem Chip 210 umgibt. Der Ausgangsstrahl aus der Laserdiode divergiert allgemein in einem Winkel, der für die La serdiode charakteristisch ist. Die Kugellinse 230 verringert die Divergenz des Ausgangsstrahls und weist vorzugsweise solche optische Eigenschaften (z.B. eine Brennweite) auf, dass der Ausgangsstrahl kollimiert wird. Die Trennung der Kugellinse 230 und der Lichtemissionsfläche der Laserdiode wird gesteuert, um entweder einen kollimierten Strahl oder einen geeigneten Fokussierungsabstand zu bewirken.
Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel umfasst ein optisches Tor 320 optische Elemente wie z.B. eine Glasplatte 322, auf der eine konvergierende Linse 324 gebildet ist, z.B. durch Aufschmelzen einer Polymerregion, Tintenstrahldrucken oder Formgießen. Die konvergierende Linse 324 fokussiert den kollimierten Strahl aus der Kugellinse 323 auf das Ende der optischen Faser 316. Alternativ dazu kann auf das Glas 322 und die Linse 324 verzichtet werden, und die Kugellinse 230 kann den Lichtstrahl auf die Faser 326 fokussieren.
Die verringerte (oder idealerweise beseitigte) Divergenz von der Quelle 310 lockert die Ausrichtungstoleranzen bei dem System 300. Insbesondere kann für eine größere Bandbreite von Trennungen zwischen der Quelle 310 und dem Tor 320 ein effizientes Koppeln der optischen Energie von der Quelle 310 erzielt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung können Linsen gebildet werden, die über einer Laserdiode liegen, statt getrennt gebildet und an dem Laserwafer befestigt zu sein. Eine Bildung der Linsen, die über dem Waferlaser liegen, kann eine Vielzahl von Linsenbildungstechniken, z.B. ein Formgebungs- oder Replikationsverfahren, ein Druckverfahren und eine Oberflächenspannung während eines Aufschmelzens lithographisch gebildeter Regionen einsetzen. Derartige Linsen funktionieren allgemein am besten, wenn sich zwischen den Laserdioden und den jeweiligen Linsen Luftzwischenräume oder andere Trennungen befinden.
4A, 4B und 4C veranschaulichen ein Herstellungsverfahren für eine Vorrichtung 460, die in 4D veranschaulicht ist. Die Vorrichtung 460 umfasst eine Linse 450, die über einer Emissionsfläche einer Laserdiode 410 in einem Halbleiterchip 405 liegt. Abstandshalter 430 und eine transparente Platte 445 tragen die Linse 450 und liefern eine Trennung zwischen der Laserdiode 410 und der Linse 450. Die Trennung umfasst einen Luftzwischenraum, der zwischen der Laserdiode 410 und der Platte 445 liegt und somit Zuverlässigkeitsprobleme, die mit einer Materialgrenzfläche an der vorderen Facette der Laserdiode 410 verbunden sein können, vermeidet. Die Trennung ermöglicht ferner eine Verwendung einer Linse 450, die eine leichter erzielte Brennweite aufweist, und ermöglicht einen Raum für ein anschließendes Drahtbonden mit Anschlussflächen 420.
Ein Herstellungsverfahren für die Vorrichtung 410 kann mit der Herstellung eines Wafers 400 beginnen, der mehrere Laserdioden 410 enthält, wie in 4A veranschaulicht ist. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist jede Laserdiode 410 ein VCSEL, der Verbindungsanschlussflächen 420 neben einer Emissionsfläche des VCSEL aufweist. Der Wafer 400 kann unter Verwendung von Waferverarbeitungstechniken, die zur Herstellung von VCSELs hinreichend bekannt sind, hergestellt werden.
Ein photolithographisches Verfahren kann Abstandshalter 430 auf dem Wafer 400 bilden, wie in 4B gezeigt ist. Bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel sind die Abstandshalter 430 aus einem photobelichtbaren Polyimid oder aus Photoresistmaterialien wie z.B. SU-8 hergestellt, alternativ dazu könnten jedoch auch andere Materialien wie z.B. Metalle, Halbleiter oder Isolatoren verwendet werden. Um Abstandshalter zu bilden, kann das gewünschte Material bis zu einer Dicke, die gemäß der gewünschten Höhe der Abstandshalter 430 ausgewählt wird, z.B. im Bereich von 10 bis 100 μm, auf den Wafer 400 aufgebracht werden. Nach einer Belichtung mit einem gewünschten Lichtmuster und nach dem Entwickeln umgibt ein Abstandshalter 430 jede Laserdiode 410, für die eine Linse 450 bereitgestellt werden wird. Abstandshalter 430 können jegliche der Konfigurationen der stehenden Strukturen 120 der 1 aufweisen oder können einfach Pfosten einer beliebigen Gestalt sein, die sich in der Nähe der Laserdioden 410 befinden.
Mit den Oberseiten der Abstandshalter 430 ist ein Linsenwafer 440 verbunden, wie in 4C gezeigt ist. Der Linsenwafer 440 ist vorzugsweise ein dünner Wafer (einer Dicke von z. B. etwa 0,5 mm bis 1,5 mm) eines Materials wie z. B. Glas oder Quarz, das für die Wellenlänge von Licht, das von den Laserdioden 410 emittiert wird, transparent ist. Der Linsenwafer 440 kann durch Aufschleudern eines transparenten haftenden Materials auf die Linsenwaferoberfläche mit den Abstandshaltern 430 verbunden werden.
Die Linsen 450 werden entweder vor oder nach dem Verbinden des Linsenwafers 440 mit den Abstandshaltern 430 auf dem Linsenwafer 440 gebildet. Falls Linsen 450 vor dem Waferbonden auf dem Linsenwafer 440 gebildet werden, ist ein Ausgerichteter-Wafer-Verbindungsverfahren erforderlich, um die Linsen 450 auf dem Linsenwafer 440 auf die jeweiligen Laserdioden 410 auf dem Laserwafer 400 auszurichten.
Es können viele verschiedene Techniken verwendet werden, um die Linsen 450 auf dem Linsenwafer 440 herzustellen. Gemäß einer Technik werden Linsen 450 dadurch gebildet, dass eine Photoresistschicht lithographisch strukturiert wird, um Regionen eines Photoresists zu bilden, die über jeweiligen Laserdioden 410 liegen, und dass die Photoresistregionen erhitzt werden, bis die Regionen ausreichend schmelzen, so dass eine Oberflächenspannung eine gekrümmte Linsenoberfläche erzeugt. Alternativ dazu könnten auch ein Druckverfahren (z.B. Tintenstrahldrucken) oder ein Formgebungsverfahren (wie es z.B. von M. Gale, „Replicated Diffractive Optics and Micro-Optics", Optics & Photonics News, August 2003, beschrieben wird) die Linsen 450 auf dem Linsenwafer 440 bilden. Beugungslinsen können auch anhand von Verfahren, die von C. David „Fabrication Of Stair-Case Profiles With High Aspect Ratios For Blazed Diffractive Optical Elements" Microelectronic Engineering 53 (2000) 677-680 und US-Patentschrift Nr. 6,670,105 beschrieben sind, gebildet werden.
Zusätzlich dazu, dass die Abstandshalter 430 Luftzwischenräume zwischen den Lasern 410 und den jeweiligen Linsen 450 erzeugen, liefern sie auch einen Raum, der ein Sägen des Linsenwafers 440 entlang Ritzgräben 442 und ein Sägen des Laserwafers 410 entlang Ritzgräben 402 ermöglicht. Verbindungsanschlussflächen 420 auf den einzelnen auf diese Weise getrennten Bauelementen 460, wie sie in 4D veranschaulicht sind, sind für ein Drahtbonden zugänglich.
5A, 5B und 5C veranschaulichen ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements 560 (5C) gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses Herstellungsverfahren beginnt mit dem Laserwafer 400 der 4A und bildet Abstandshalter 530 direkt auf jeweiligen Laserdioden 410. Ein herkömmliches photolithographisches Verfahren kann Abstandshalter 530 eines optisch transparenten Materials wie z.B. Polyimid oder SU-8 mit einer Dicke bilden, die ausreichend ist, um eine gewünschte Trennung zwischen Laserdioden 410 und Linsen 550 bereitzustellen. Ein Linsenherstellungsverfahren bildet Brechungs- oder Beugungslinsen 550 direkt auf den Abstandshaltern 530, wie in 5B gezeigt ist, so dass ein Bonden eines Linsenwafers nicht erforderlich ist. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann ein kontaktfreies Tintenstrahldruckverfahren verwendet werden, um die Linsen 550 zu bilden. Bei diesem Verfahren kann ein flüssiges, UV-aushärtbares Material auf die Oberseite der stehenden Struktur 530 aufgespritzt werden. Die Flüssigkeit fließt über die Oberseite der stehenden Struktur 530, wird am Rand der stehenden Struktur 530 jedoch durch Oberflächenspannung zurückgehalten. Die Oberflächenspannung erzeugt ferner eine sphärische Oberfläche für das UV-aushärtbare Material. Ein Aushärten für das UV-aushärtbare Material. Ein Aushärten des flüssigen Materials bildet eine massive Brechungslinse 550. Nach der Linsenbildung trennt ein Sägen des Wafers 400 einzelne Bauelemente 560, wie in 5C veranschaulicht ist.
Die Abstandshalter 530 der 5A bis 5C unterscheiden sich insofern von den Abstandshaltern 430 der 4B, als die Abstandshalter 530 über den vorderen Facetten der Laserdioden 410 liegen und eine Fläche aufweisen, die zumindest so groß ist wie die Linsen. Demgemäß weist das Bauelement 560 über den vorderen Facetten der Laserdioden 410 keine Luftzwischenräume auf. Bedenken bezüglich einer Grenzflächenbeanspruchung an den vorderen Facetten der Laserdioden kann durch die Wahl eines Abstandshaltermaterials, das die Beanspruchung minimiert, und/oder durch eine Verwendung einer niedrigeren Betriebstemperatur für die Laserdioden 410 begegnet werden.
6A bis 6D veranschaulichen ein Herstellungsverfahren, das eine Opferschicht 630 verwendet, die entfernt werden kann, um Luftzwischenräume zwischen den Laserdioden 410 und jeweiligen Linsen 640 zu erzeugen. Das Herstellungsverfahren beginnt, wie in 6A veranschaulicht ist, mit der Bildung einer strukturierten Opferschicht 630 auf dem Laserwafer 400 der 4A. Die Opferschicht 630 kann aus einem Photoresistmaterial gebildet werden, das eine Dicke aufweist, die für die Höhe der Abstandshalter gewünscht wird, und weist in Bereichen, in denen Abstandshalter gewünscht werden, Öffnungen 632 auf.
Eine Linsenschicht 640 eines Materials wie z.B. eines UV-aushärtbaren Epoxy wird aufgebracht, um Öffnungen 632 in der Opferschicht 630 zu füllen und um ferner eine Dicke über der Opferschicht 630 aufzuweisen, die für ein Formgebungsverfahren ausreichend ist, z.B. eine Dicke von etwa 200 μm. Die Linsenschicht wird wie in 6B gezeigt strukturiert, um über jeweiligen Laserdioden 410 separate Regionen zu erzeugen und um Abschnitte der Opferschicht 630 über elektrischen Kontakten 420 der Laserdioden 410 freizulegen. Abschnitte der Linsenschicht 640, die sich in die Öffnungen 632 erstrecken, bilden Abstandshalter für die Linsen.
Anschließend kann ein Replikationsverfahren die obere Oberfläche der Linsenschicht 640 nach Bedarf formen, um Brechungs- oder Beugungslinsen zu bilden. Wie in 6B gezeigt ist, kann eine Form 650 der Größe eines Wafers auf die Linsenschicht 640 aufgebracht werden, um die Linsenschicht 640 so zu gestalten, wie es erforderlich ist, um die gewünschten Linsenoberflächen zu bilden. Allgemein kann das Replikationsverfahren eine Vielzahl von Techniken einsetzen, um die gewünschten Konturen in die Linsenschicht 640 einzuprägen. Eine Technik ist ein Heißprägeverfahren, das die Form 650 auf eine Temperatur erhitzt, die zur Verformung der Linsenschicht 640 ausreichend ist, und die Linsenschicht 640 anschließend abkühlt, damit sie die geprägte Gestalt beibehält. Alternativ dazu kann die Form 650 aufgebracht werden, wenn sich die Linsenschicht 640 in einem verformbaren ungehärteten Zustand befindet, und ein Aushärten (z.B. unter Verwendung eines UV-Aushärtens) härtet die Linsenschicht 640, während sich die Form 650 in ihrer Position befindet. 6C zeigt die Struktur nach dem Entfernen der Form 650.
Ein selektives Ätzen kann die Opferschicht 630 entfernen und die Linsenschicht 640 einschließlich der Abstandshalter 642 und der Linsenkörper 644 belassen, wie in 6D gezeigt ist. Das Verfahren der 6A bis 6D entfernt die Opferschicht 630 nach der Bildung von Linsenoberflächen auf der Linsenschicht 640, die Reihenfolge der Verfahrensschritte könnte jedoch geändert werden. Abstandshalter 642, die aus den Abschnitten der Linsenschicht 640 in den Öffnungen 632 gebildet wurden, tragen Linsenkörper 644, während sie zwischen den Laserdioden 410 und den jeweiligen Linsenkörpern 644 Luftzwischenräume vorsehen. Ein herkömm liches Sägen oder ein anderes Verfahren kann den Laserwafer 400 in einzelne Chips (nicht gezeigt) schneiden.
7A bis 7C veranschaulichen ein weiteres Verfahren, das eine Opferschicht 630 zum Tragen während einer Linsenherstellung und einem Entfernen der Opferschicht 630, um Luftzwischenräume zu erzeugen, verwendet. Das Verfahren der 7A bis 7C kann mit der Struktur der 6A beginnen, die einen Laserwafer 400 umfasst, auf dem die Opferschicht 630 wie zuvor beschrieben gebildet wurde. Eine Linsenträgerschicht 740 wird anschließend aufgebracht, um Öffnungen 632 in der Opferschicht 630 zu füllen und um sich in einer gewünschten Höhe über der Opferschicht 630 zu erstrecken. Die Linsenträgerschicht 740 kann aus Polyimid, SU-8 oder einem beliebigen anderen Material hergestellt sein, das optisch transparent ist und ein selektives Ätzen ermöglicht, um die Opferschicht 630 zu entfernen, während die Linsenträgerschicht 740 im Wesentlichen intakt bleibt. Wie in 7A gezeigt ist, kann die Linsenträgerschicht 740 strukturiert sein, um Abschnitte der Opferschicht 630 zum Zweck eines anschließenden selektiven Ätzverfahrens, das die Opferschicht 630 entfernt, freizulegen. 7B zeigt die verbleibende Linsenträgerschicht 740, einschließlich Abstandshaltern 742 und Trägerbereichen 744, nach dem Entfernen der Opferschicht 630.
Ein Linsenbildungsverfahren bildet Linsen 750 auf der Linsenträgerschicht 740, wie in 7C gezeigt ist. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung bringt ein Druckvorgang wie z.B. ein Tintenstrahldrucken ein Linsenmaterial auf Trägerbereiche 744 auf, wie erforderlich ist, um Linsen 750 zu bilden. Ein Tintenstrahldrucken von UV-aushärtbarem Material kann wie oben in Bezug auf das Verfahren der 5A bis 5C beschrieben ausgeführt werden. Da der Druckvorgang keine beträchtliche Wärme und keinen beträchtlichen Druck auf die Trägerbereiche 744 ausübt, können die Brechungslinsen 750 nach dem Entfernen der Opferschicht 630 unter Verwendung dieser Technik hergestellt werden. Jedoch ist auch eine alternative Reihenfolge der Verfahrensschritte möglich.
8A bis 8C veranschaulichen ein weiteres Bauelementherstellungsverfahren, das eine Opferschicht 630 verwendet. Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung kann mit der Herstellung des Laserwafers 400 mit einer darüber liegenden Opferschicht 630, wie in 6A gezeigt ist, beginnen. Eine Linsenträgerschicht 840 eines Materials wie z.B. Polyimid oder SU-8 wird anschließend aufgebracht, um die Öffnungen 632 in der Opferschicht 630 zu füllen und um über der Opferschicht 630 zu liegen. Wie in 8A gezeigt ist, kann eine Linsenträgerschicht 840 unter Verwendung einer Photoresistmaske 850 strukturiert werden, um Abschnitte der Opferschicht 630 freizulegen. Dasselbe Verfahren kann verwendet werden, um die Linsenträgerschicht 740 der 7A zu strukturieren, für das Verfahren der 8A bis 8C wird jedoch eine Photoresistmaske 850 auf dem Linsenträgerwafer 840 belassen, statt nach dem Entfernen frei liegender Abschnitte der Linsenträgerschicht 840 abgezogen zu werden.
Die Opferschicht 630 wird wie in 8B gezeigt entfernt, um die Maske 850 und die Linsenträgerschicht 840 einschließlich der Abstandshalter 842 und der Linsenträgerbereiche 844 zu belassen. Das Photoresistmaterial, das die Maske 850 bildet, sollte sich von dem Photoresistmaterial, das die Opferschicht 630 bildet, unterscheiden, um ein Entfernen der Maske 850 während des Entfernens der Opferschicht 630 zu vermeiden. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet ein negatives Resistmaterial wie z.B. NR9-8000P von Futurex als das Opfermaterial 630, und Durimide 100 von Arch Chemical als das Abstandshaltermaterial 840. Ein positiver Photoresist wie z.B. S1822 von Shipley kann als Maske 850 verwendet werden, um das Abstandshaltermaterial 840 zu strukturieren und zu entwickeln. Nachdem das Abstandshaltermaterial 840 strukturiert ist, kann ein Negativresistablöser RR4 von Futurex die Opferschicht 630 entfernen.
Nach dem Entfernen der Opferschicht 630 können Linsen 855 auf den Linsenträgerbereichen 844 gebildet werden, indem die Maske 850 auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der sich Regionen der Maske 850 verflüssigen. Eine Oberflächenspannung erzeugt anschließend eine konvexe Linsenkontur, die bleibt, nachdem sich die Maske 850 abkühlt.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist die Beschreibung lediglich ein Beispiel der Anwendung der Erfindung und sollte nicht als Einschränkung angesehen werden. Insbesondere können statt der Strahlenquelle 310 in 3 und bei Systemen auf höherer Ebene, wie z.B. bei einem optischen Kommunikationssystem, bei CD- oder DVD-Laufwerken oder -Abspielgeräten oder anderen Systemen, die optische Signale oder Laserstrahlen einsetzen, auch Strahlenquellen eingesetzt werden, die unter Verwendung eines der Verfahren der 4A bis 4D, 5A bis 5C, 6A bis 6D, 7A bis 7C oder 8A bis 8C hergestellt wurden. Verschiedene andere Anpassungen und Kombinationen von Merkmalen der offenbarten Ausführungsbeispiele fallen in den Schutzumfang der Erfindung, wie er durch die folgenden Patentansprüche definiert ist.

Claims

Bauelement, das folgende Merkmale aufweist: einen Chip (210), der eine Laserdiode (110) enthält; eine stehende Struktur (120), die an dem Chip (210) befestigt ist und eine Emissionsfläche (114) umgibt, durch die ein Strahl von der Laserdiode (110) aus dem Chip (210) austritt; und eine Kugellinse (230), die an der stehenden Struktur (120) befestigt ist und sich zumindest teilweise in einem durch die stehende Struktur (120) definierten Hohlraum befindet.
Bauelement gemäß Anspruch 1, bei dem die Laserdiode (110) auf einer Vorderseite des Chips (210) hergestellt ist und sich die stehende Struktur (120) auf der Vorderseite des Chips (210) befindet.
Bauelement gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem sich ein Luftzwischenraum in dem Hohlraum zwischen der Kugellinse (230) und der Emissionsfläche (114) befindet.
Bauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, das ferner ein Haftmittel (240) aufweist, das die Kugellinse (230) an der stehenden Struktur (120) befestigt.
Bauelement gemäß Anspruch 4, bei dem das Haftmittel (240) den Hohlraum zwischen der Kugellinse (230) und der Emissionsfläche (114) füllt.
Bauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die stehende Struktur (120) eine Wand aufweist, die im Wesentlichen ringförmig ist.
Bauelement gemäß Anspruch 6, bei dem die Wand eine oder mehrere Öffnungen umfasst.
Bauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem eine Kontaktoberfläche der stehenden Struktur (120) mit der Kugellinse (230) im Wesentlichen kreisförmig ist, um die Kugellinse (230) mit der Lichtemissionsfläche (114) der Laserdiode (110) im Wesentlichen selbstzujustieren.
Bauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die stehende Struktur (120) ein Polymer umfasst.
Bauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, das ferner eine optische Faser (326) aufweist, die positioniert ist, um den Strahl von der Laserdiode (110) zu empfangen, nachdem die Kugellinse (230) den Strahl fokussiert.
Bauelement, das folgende Merkmale aufweist: ein Substrat (400), das eine Laserdiode (410) enthält; eine stehende Struktur (430, 530, 642, 740, 840), die an dem Substrat (400) befestigt ist; und eine Linse (450, 550, 640, 750, 855), die auf der stehenden Struktur (430) gebildet ist und über einer Emissionsfläche liegt, durch die ein Strahl von der Laserdiode (410) aus dem Substrat (400) austritt.
Bauelement gemäß Anspruch 11, das ferner folgende Merkmale aufweist: eine Mehrzahl von Laserdioden (410) in dem Substrat (400), und eine Mehrzahl von stehenden Strukturen (430, 530, 642, 740, 840), die an dem Substrat (400) befestigt sind; und eine Mehrzahl von Linsen (450, 550, 640, 750, 855), die auf den stehenden Strukturen gebildet sind, wobei jede der Linsen über einer Emissionsfläche liegt, durch die ein Strahl von einer entsprechenden der Laserdioden aus dem Substrat (400) austritt.
Bauelement gemäß Anspruch 11 oder 12, bei dem das Substrat einen aus einem Wafer geschnittenen Chip umfasst.
Bauelement gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem die stehende Struktur folgende Merkmale aufweist: einen an dem Substrat befestigten Abstandshalter (430, 742, 842); und eine Plattform (440, 740, 840), auf der sich die Linse (450, 750, 855) befindet, wobei die Plattform durch den Abstandshalter getragen wird.
Bauelement gemäß Anspruch 14, bei dem die Plattform (440) eine Platte eines ersten Materials umfasst und der Abstandshalter (430) eine Säule eines zweiten Materials umfasst.
Bauelement gemäß Anspruch 15, bei dem das erste Material Glas und das zweite Material ein Polymer ist.
Bauelement gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, bei dem die Plattform (740, 840) und der Abstandshalter (742, 842) Abschnitte einer vereinheitlichten Struktur sind und aus einem gemeinsamen Material gebildet sind.
Bauelement gemäß einem der Ansprüche 14 bis 17, bei dem die stehende Struktur einen Luftzwischenraum zwischen der Emissionsfläche der Laserdiode und der Plattform vorsieht.
Bauelement gemäß einem der Ansprüche 11 bis 18, bei dem die stehende Struktur (530) eine Säule aufweist, die auf der Emissionsfläche der Laserdiode (410) gebildet ist, und bei dem die Plattform eine obere Oberfläche der Säule umfasst.
Bauelement gemäß einem der Ansprüche 11 bis 19, bei dem die Linse (640) eine optische Oberfläche aufweist, die durch Formgebung gebildet ist.
Bauelement gemäß einem der Ansprüche 11 bis 20, bei dem die Linse (550, 750, 855) eine optische Oberfläche aufweist, die geformt wurde, als das Material in der Linse flüssig war.
Bauelement gemäß Anspruch 21, bei dem das Linsenelement ein Material umfasst, das durch Belichtung mit UV-Licht ausgehärtet wurde.
Bauelement gemäß Anspruch 22, das ferner eine optische Faser aufweist, die positioniert ist, um den Strahl von der Laserdiode zu empfangen, nachdem die Linse den Strahl fokussiert.
Verfahren, das folgende Schritte umfasst: Herstellen einer Mehrzahl von Laserdioden (410) auf einem Wafer (400); Bilden von stehenden Strukturen (430, 530, 642, 740, 840) auf dem Wafer (400), wobei die stehenden Strukturen eine Mehrzahl von Hohlräumen definieren, die auf jeweiligen Emissionsflächen der Laserdioden mittig angeordnet sind; und Befestigen von Linsen an den stehenden Strukturen, wobei sich jede der Linsen zumindest teilweise in einem entsprechenden der Hohlräume befindet.
Verfahren gemäß Anspruch 24, bei dem jede stehende Struktur eine Wand aufweist, die im Wesentlichen ringförmig ist.
Verfahren gemäß Anspruch 25, bei dem jede Wand eine oder mehrere Öffnungen umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 24 bis 26, bei dem das Bilden der stehenden Struktur folgende Schritte umfasst: Aufbringen einer Schicht eines Materials; und Strukturieren der Schicht.
Verfahren gemäß Anspruch 27, bei dem das Material aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyimid, Epoxy und Cycloten besteht.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 24 bis 28, bei dem jede der Linsen eine Kugellinse umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 24 bis 29, bei dem das Befestigen der Linsen folgende Schritte umfasst: Aufbringen eines Haftmittels auf die stehenden Strukturen; und Platzieren der Linsen auf den stehenden Strukturen.
Verfahren gemäß Anspruch 30, bei dem das Aufbringen des Haftmittels ein Füllen der Hohlräume umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 24 bis 31, bei dem das Befestigen der Linsen folgende Schritte umfasst: Platzieren der Linsen auf den stehenden Strukturen; und Erhitzen der stehenden Strukturen auf eine Temperatur, bei der Material in den stehenden Strukturen an den Linsen anhaftet.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 24 bis 32, das ferner ein Schneiden des Wafers, um eine Mehrzahl von Chips zu trennen, umfasst, wobei jeder Chip zumindest eine der Laserdioden und zumindest eine der stehenden Strukturen umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 33, bei dem das Befestigen der Linsen nach dem Schneiden des Wafers durchgeführt wird.
Verfahren, das folgende Schritte umfasst: Herstellen einer Mehrzahl von Laserdioden (410) auf einem ersten Wafer (400); Bilden von stehenden Strukturen (430, 530, 642, 740, 840) auf dem ersten Wafer (400); und Herstellen von Linsen (450, 550, 640, 750, 855), die über den stehenden Strukturen (430, 530, 642, 740, 840) liegen.
Verfahren gemäß Anspruch 35, das ferner ein Befestigen eines zweiten Wafers (440) auf oberen Oberflächen der stehenden Strukturen (430) umfasst, wobei die Linsen (450) auf dem zweiten Wafer (440) hergestellt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 35 oder 36, bei dem sich Luftzwischenräume zwischen den Laserdioden und dem zweiten Wafer (440) befinden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 35 bis 37, bei dem das Bilden der stehenden Strukturen (642, 740, 840) folgende Schritte umfasst: Bilden einer ersten Schicht (630) auf dem ersten Wafer (400), wobei die erste Schicht (630) eine Mehrzahl von Öffnungen (632) umfasst; Aufbringen einer zweiten Schicht, die die Öffnungen (632) in der ersten Schicht (630) füllt und über einer oberen Oberfläche der ersten Schicht (630) liegt; und Entfernen der ersten Schicht (630), um Abschnitte der zweiten Schicht, die die stehenden Strukturen (642, 740, 840) bildet, zu belassen.
Verfahren gemäß Anspruch 38, bei dem jede stehende Struktur folgende Merkmale umfasst: eine Linsenträgerregion, die über einer Emissionsfläche einer entsprechenden der Laserdioden liegt; und einen Abstandshalter (430, 530), der die Linsenträgerregion trägt und sich auf dem ersten Wafer benachbart zu der Emissionsfläche befindet.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 35 bis 39, bei dem jede stehende Struktur folgende Merkmale aufweist: eine Linsenträgerregion, die über einer Emissionsfläche einer entsprechenden der Laserdioden liegt; und einen Abstandshalter (430, 530), der die Linsenträgerregion trägt und sich auf dem ersten Wafer benachbart zu der Emissionsfläche befindet.
Verfahren gemäß Anspruch 40, bei dem das Herstellen der Linsen ein Bilden der Linsen auf dem Linsenträgerbereich umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 35 bis 41, bei dem das Bilden der stehenden Strukturen ein Bilden von Säulen umfasst, die über Emissionsflächen der Laserdioden liegen, wobei die Linsen auf oberen Oberflächen der Säulen hergestellt werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 35 bis 42, bei dem das Herstellen der Linsen folgende Schritte umfasst: Aufbringen einer Schicht eines Linsenmaterials; und Aufbringen einer Form auf die Schicht, um eine Oberfläche der Form auf der Schicht zu replizieren.
Verfahren gemäß Anspruch 43, das ferner ein Erhitzen der Form auf eine Temperatur umfasst, die die Schicht veranlasst, den Konturen der Form zu entsprechen.
Verfahren gemäß Anspruch 43 oder 44, bei dem das Aufbringen der Form ein Aufbringen der Form auf die Schicht, während sich die Schicht in einem nicht ausgehärteten Zustand befindet, umfasst, und wobei das Verfahren ferner ein Aushärten der Schicht, so dass die Schicht die Oberfläche der Form beibehält, umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 45, bei dem das Aushärten ein UV-Aushärten umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 35 bis 46, bei dem das Herstellen der Linsen ein Tintenstrahldrucken eines mit Licht aushärtbaren Polymers umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 35 bis 47, bei dem das Herstellen der Linsen (855) folgende Schritte umfasst: Bilden von Regionen (850) eines Linsenmaterials auf Oberflächen, die über Emissionsflächen der Laserdioden (410) liegen; und Erhitzen von Regionen (850) auf eine Temperatur, bei der die Oberflächenspannung des Linsenmaterials eine gekrümmte Oberfläche erzeugt.