DE102008048903A1

DE102008048903A1 - Optoelektronisches Bauteil

Info

Publication number: DE102008048903A1
Application number: DE102008048903A
Authority: DE
Inventors: Stefan Dr. Illek
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2008-09-25
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2010-04-01
Anticipated expiration: 2028-09-26
Also published as: DE102008048903B4; US20110188529A1; WO2010034279A1; US8811448B2

Abstract

Es wird ein optoelektronisches Bauteil angegeben, mit - einer optischen Pumpvorrichtung (2), die eine erste strahlungserzeugende Schicht (21) und eine erste Strahlungsaustrittsfläche (2a) an der Oberseite (2b) der Pumpvorrichtung (2) umfasst, wobei im Betrieb der Pumpvorrichtung (2) erzeugte elektromagnetische Strahlung (7) quer, insbesondere zumindest teilweise nicht senkrecht, zur ersten strahlungserzeugenden Schicht (21) durch die erste Strahlungsaustrittsfläche (2a) aus der Pumpvorrichtung (2) ausgekoppelt wird, und - einem oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip (1) mit einer reflektierenden Schichtenfolge (14), insbesondere einem Bragg-Spiegel, und einer zweiten strahlungserzeugenden Schicht (11), wobei - der oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip (1) an der Oberseite (2b) der Pumpvorrichtung (2) befestigt ist, und - die reflektierende Schichtenfolge (14) zwischen der ersten Strahlungsaustrittsfläche (2a) und der zweiten strahlungserzeugenden Schicht (11) angeordnet ist.

Description

Es wird ein optoelektronisches Bauteil angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils angegeben.
Die Druckschrift US 2002/0001328 beschreibt ein optoelektronisches Bauteil.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Bauteil anzugeben, das besonders einfach herstellbar ist. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, eine besonders kompakte Laser-Lichtquelle anzugeben. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein solches vereinfachtes Herstellungsverfahren anzugeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils umfasst das optoelektronische Bauteil eine optische Pumpvorrichtung. Bei der optischen Pumpvorrichtung handelt es sich beispielsweise um einen Halbleiterlaser. Die optische Pumpvorrichtung umfasst vorzugsweise eine erste strahlungserzeugende Schicht des Bauteils. In der ersten strahlungserzeugenden Schicht wird im Betrieb der optischen Pumpvorrichtung elektromagnetische Strahlung erzeugt. Beispielsweise wird die optische Pumpvorrichtung dabei elektrisch gepumpt. Das heißt, im Betrieb der optischen Pumpvorrichtung wird diese mit elektrischem Strom betrieben, wodurch in der ersten strahlungserzeugenden Schicht elektromagnetische Strahlung erzeugt wird.
Die optische Pumpvorrichtung umfasst zum Auskoppeln der in der strahlungserzeugenden Schicht erzeugten elektromagnetischen Strahlung eine Strahlungsaustrittsfläche. Die Strahlungsaustrittsfläche befindet sich vorzugsweise an einer Oberseite der Pumpvorrichtung. Beispielsweise ist die Strahlungsaustrittsfläche durch einen Teil der Außenfläche der Pumpvorrichtung an ihrer Oberseite gegeben. Die Strahlungsaustrittsfläche verläuft dabei zum Beispiel parallel oder im Rahmen der Herstellungstoleranz zumindest im Wesentlichen parallel zur ersten strahlungserzeugenden Schicht. Das heißt, im Betrieb der Pumpvorrichtung wird die in der ersten strahlungserzeugenden Schicht erzeugte elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise quer zur strahlungserzeugenden Schicht durch die Strahlungsaustrittsfläche aus der Pumpvorrichtung ausgekoppelt. „Quer” kann dabei heißen, dass die elektromagnetische Strahlung unter einem Winkel ungleich 90° zur Haupterstreckungsebene der strahlungserzeugenden Schicht durch die Strahlungsaustrittsfläche aus der Pumpvorrichtung ausgekoppelt wird. Ein Teil der derart ausgekoppelten Strahlung kann dabei senkrecht zur Strahlungsaustrittsfläche verlaufen.
Bei der Strahlungsaustrittsfläche der optischen Pumpvorrichtung handelt es sich dabei nicht zwangsläufig um eine tatsächlich in der Pumpvorrichtung vorhandene Fläche, es kann sich vielmehr auch um eine gedachte Fläche handeln, welche parallel zur strahlungserzeugenden Schicht verläuft und durch welche die von der Pumpvorrichtung im Betrieb ausgestrahlte elektromagnetische Strahlung tritt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils umfasst das optoelektronische Bauteil einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip mit einer reflektierenden Schichtenfolge und einer zweiten strahlungserzeugenden Schicht des Bauteils. Der oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip umfasst eine Strahlungsaustrittsfläche, welche vorzugsweise parallel oder im Rahmen der Herstellungstoleranz im Wesentlichen parallel zur zweiten strahlungserzeugenden Schicht sowie zur reflektierenden Schichtenfolge verläuft. Die zweite strahlungserzeugende Schicht ist optisch pumpbar ausgebildet, so dass die zweite strahlungserzeugende Schicht durch in der ersten strahlungserzeugenden Schicht des Bauteils im Betrieb der Pumpvorrichtung erzeugte elektromagnetische Strahlung gepumpt werden kann.
Bei der reflektierenden Schichtenfolge handelt es sich vorzugsweise um einen Schichtstapel aus Schichten mit abwechselnd hohem und niedrigem Brechungsindex. Beispielsweise handelt es sich bei der reflektierenden Schichtenfolge im Folgenden um einen Bragg-Spiegel. Die reflektierende Schichtenfolge ist für im oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip erzeugte elektromagnetische Strahlung reflektierend ausgebildet. Für elektromagnetische Strahlung anderer Wellenlängen kann sie durchlässig sein.
Bei dem Halbleiterlaserchip handelt es sich um einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip, das heißt ein Resonator des Halbleiterlaserchips ist derart angeordnet, dass sich die zweite Strahlungsaustrittsfläche des Bauteils, das heißt die Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterlaserchips, im Resonator befindet oder selbst einen Teil des Resonatorspiegels des Halbleiterlaserchips bildet. Beispielsweise befindet sich die Strahlungsaustrittsfläche an der Oberseite oder der Unterseite des Halbleiterlaserchips. Der Resonator kann durch die reflektierende Schichtenfolge und einen externen Resonatorspiegel gebildet sein, wobei sich die Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterlaserchips dann zwischen der reflektierenden Schichtenfolge und dem externen Resonatorspiegel befindet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist der oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip an der Oberseite der Pumpvorrichtung befestigt. Das heißt, der Halbleiterlaserchip ist an der Oberseite der Pumpvorrichtung auf diese aufgebracht und mechanisch mit dieser verbunden. „Befestigt” heißt dabei auch, dass der Halbleiterlaserchip als eigenständiges Bauteil auf die Pumpvorrichtung aufgebracht ist. Das bedeutet, der Halbleiterlaserchip und die Pumpvorrichtung sind nicht monolithisch miteinander integriert. Halbleiterlaserchip und Pumpvorrichtung sind also nicht epitaktisch aufeinander abgeschieden, sondern Pumpvorrichtung und Halbleiterlaserchip werden separat voneinander gefertigt, und anschließend miteinander verbunden, so dass der oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip an der Oberseite der Pumpvorrichtung befestigt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist die reflektierende Schichtenfolge zwischen der ersten Strahlungsaustrittsfläche und der zweiten strahlungserzeugenden Schicht angeordnet. Das heißt, der oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip ist beispielsweise an der Oberseite der Pumpvorrichtung befestigt. An der Oberseite der Pumpvorrichtung befindet sich auch die Strahlungsaustrittsfläche der Pumpvorrichtung, so dass in der Pumpvorrichtung erzeugte elektromagnetische Strahlung zunächst durch die reflektierende Schichtenfolge des oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips tritt, bevor sie in die zweite strahlungserzeugende Schicht gelangt, welche durch die elektromagnetische Strahlung optisch gepumpt wird.
Mit anderen Worten, muss die Pumpstrahlung der optischen Pumpvorrichtung zunächst durch einen Resonatorspiegel des oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips treten, um in die zweite strahlungserzeugende Schicht zu gelangen, welche mit der elektromagnetischen Strahlung dann optisch gepumpt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils umfasst das optoelektronische Bauteil eine optische Pumpvorrichtung, die eine erste strahlungserzeugende Schicht und eine Strahlungsaustrittsfläche an der Oberseite der Pumpvorrichtung umfasst, wobei im Betrieb der Pumpvorrichtung erzeugte elektromagnetische Strahlung quer zur ersten strahlungserzeugenden Schicht durch die Strahlungsaustrittsfläche aus der Pumpvorrichtung ausgekoppelt wird. Ferner umfasst das optoelektronische Bauteil gemäß dieser Ausführungsform einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip mit einer reflektierenden Schichtenfolge und einer zweiten strahlungserzeugenden Schicht, wobei der oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip an der Oberseite der Pumpvorrichtung befestigt ist und die reflektierende Schichtenfolge zwischen der Strahlungsaustrittsfläche und der zweiten strahlungserzeugenden Schicht angeordnet ist.
Bei einem derartigen optoelektronischen Bauteil ist es möglich, Pumpvorrichtung und oberflächenemittierenden Halbleiterchip getrennt voneinander zu fertigen. Auf diese Weise kann jedes der beiden einzelnen optisch aktiven Elemente des optoelektronischen Bauteils mit dem für das jeweilige Element am besten geeigneten Herstellungsverfahren gefertigt werden. Bei einem optoelektronischen Bauteil, bei dem optische Pumpvorrichtung und oberflächenemittierender Halbleiterlaserchip beispielsweise monolithisch miteinander integriert sind, das heißt beispielsweise epitaktisch direkt aufeinander abgeschieden sind, muss hingegen stets ein Kompromiss gefunden werden, so dass keines der beiden Elemente auf die bestmögliche Art hergestellt werden kann. Zwar bietet die monolithische Integration von Pumpvorrichtung und oberflächenemittierenden Halbleiterlaser große Vorteile bezüglich der Montage des derart hergestellten Moduls und erlaubt eine deutliche Verringerung der Größe des derart hergestellten Moduls, allerdings erfordert ein solcher monolithisch integrierter oberflächenemittierender Halbleiterlaser sehr komplexe Halbleiterschichtstrukturen und Kompromisse bezüglich der Leistungsfähigkeit der Komponenten Pumpvorrichtung und oberflächenemittierender Halbleiterlaser. Darüber hinaus erschwert ein in den Resonator des oberflächenemittierenden Halbleiterlasers integrierter Pumplaser die Kontrolle der Resonatorlänge und damit die Einstellung einer definierten Emissionswellenlänge.
Das hier beschriebene optoelektronische Bauteil beruht daher unter anderem auf der Erkenntnis, dass eine getrennte Herstellung von optischer Pumpvorrichtung und oberflächenemittierendem Halbleiterlaserchip eine besonderes effiziente Herstellung beider Elemente sowie eine besonders genaue Einstellung der Emissionswellenlänge des oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips erlaubt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist die Pumpvorrichtung durch einen elektrisch gepumpten Halbleiterlaserchip gebildet, wobei zwei Resonatorspiegel die erste strahlungserzeugende Schicht in einer lateralen Richtung begrenzen. Das heißt, die erste strahlungserzeugende Schicht wird seitlich von zwei Resonatorspiegeln begrenzt. Die Resonatorspiegel sind beispielsweise durch Seitenflächen der Pumpvorrichtung gebildet. Beide Seitenflächen sind dann derart reflektierend ausgebildet, dass durch sie keine oder kaum elektromagnetische Strahlung nach außen treten kann. Die strahlungserzeugende Schicht ist vorzugsweise zumindest stellenweise senkrecht zu den Resonatorspiegeln angeordnet. Bei der Pumpvorrichtung handelt es sich daher – vom prinzipiellen Aufbau her – um einen kantenemittierenden Halbleiterlaserchip, wobei jedoch durch die Kanten, das heißt beispielsweise durch einen der Resonatorspiegel, keine elektromagnetische Strahlung ausgekoppelt wird. Vielmehr umfasst die Pumpvorrichtung vorzugsweise eine Auskoppelstruktur, welche zwischen den Resonatorspiegeln, zum Beispiel in der Mitte des Resonators, angeordnet ist. Das heißt, die Auskoppelstruktur befindet sich zwischen den Resonatorspiegeln, beispielsweise in einer Mitte der Pumpvorrichtung. Im durch die Resonatorspiegel gebildeten Resonator läuft Laserstrahlung um, welche in der ersten strahlungserzeugenden Schicht verstärkt wird. Mit Hilfe der Auskoppelstruktur wird ein Teil dieser Laserstrahlung durch die Strahlungsaustrittsfläche der Pumpvorrichtung, welche an der Oberseite der Pumpvorrichtung angeordnet ist, ausgekoppelt.
Ferner ist es möglich, dass die Auskoppelstruktur selbst einen Resonatorspiegel bildet und die Pumpvorrichtung damit zumindest zwei Resonatoren aufweist, die jeweils durch einen der Resonatorspiegel und die Auskoppelstruktur begrenzt werden.
Die Resonatorspiegel sind beispielsweise durch Ätzen des Halbleiterkörpers der Pumpvorrichtung erzeugt. Bei den Resonatorspiegeln kann es sich um so genannte Retroreflektoren handeln. Das heißt zur Reflexion wird vom Resonator die interne Totalreflexion anstelle der Fresnel-Reflexion genutzt. Beispielsweise sind solche Resonatorspiegel in der Druckschrift WO 2005/048423 für ein anderes optoelektronisches Bauteil beschrieben. Diese Druckschrift wird daher hinsichtlich der Ausbildung der Resonatorspiegel hiermit ausdrücklich durch Rückbezug aufgenommen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist die Pumpvorrichtung durch einen Halbleiterlaser gebildet, der zwei Resonatorspiegel umfasst, welche den Resonator des Lasers bilden. Die erste strahlungserzeugende Schicht verläuft dabei senkrecht zu den Resonatorspiegeln. Die Pumpvorrichtung umfasst darüber hinaus eine Auskoppelstruktur, welche zwischen den Resonatorspiegeln angeordnet ist und elektromagnetische Strahlung quer zur strahlungserzeugenden Schicht, teilweise beispielsweise senkrecht zur strahlungserzeugenden Schicht, aus der Pumpvorrichtung auskoppelt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist eine elektrisch leitende Kontaktschicht zum Betreiben der Pumpvorrichtung zwischen der Pumpvorrichtung und dem oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip angeordnet. Bei der elektrisch leitenden Kontaktschicht handelt es sich beispielsweise um eine Metallisierung, welche an der Oberseite der Pumpvorrichtung aufgebracht ist. Mittels der elektrisch leitenden Kontaktschicht kann die Pumpvorrichtung dann zum Beispiel p-seitig elektrisch kontaktierbar sein. Vorzugsweise besteht die elektrisch leitende Kontaktschicht aus einem gut wärmeleitenden Metall wie beispielsweise Silber oder Gold. Die elektrisch leitende Kontaktschicht kann dann, aufgrund ihrer Anordnung zwischen Pumpvorrichtung und oberflächenemittierendem Halbleiterlaserchip, neben ihren elektrischen Eigenschaften auch zur Ableitung von Wärme aus dem oberflächenemittierenden Halbleiterchip dienen. Das heißt, im Betrieb des oberflächenemittierenden Halbleiterchips erzeugte Wärme kann durch die an der Oberseite der Pumpvorrichtung angebrachte elektrisch leitende Kontaktschicht auf eine größere Fläche verteilt werden und an die Umgebung abgegeben werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist zwischen der Pumpvorrichtung und dem oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip eine Lotschicht angeordnet, mittels der die Pumpvorrichtung und der oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip mechanisch miteinander verbunden sind. Die Lotschicht ist vorzugsweise mit einem Lotmetall gebildet. Die Lotschicht kann beispielsweise auf der elektrisch leitenden Kontaktschicht zum Betreiben der Pumpvorrichtung angeordnet sein. Wärme, die vom oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip im Betrieb erzeugt wird, wird dann über die Lotschicht zur Kontaktschicht abgeführt. Darüber hinaus ist über die Höhe der elektrisch leitenden Kontaktschicht und die Höhe der Lotschicht der Abstand zwischen der Pumpvorrichtung und dem oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip einstellbar. Auf diese Weise kann der Abstand derart gewählt werden, dass ein optimales Pumpen der zweiten strahlungserzeugenden Schicht durch elektromagnetische Strahlung aus der ersten strahlungserzeugenden Schicht möglich ist.
Das Pumpen des oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips erfolgt dabei vorzugsweise über so genanntes Barriere-Pumpen, bei dem die Pumpstrahlung in Barriere-Schichten zwischen Quantentöpfen in der zweiten strahlungserzeugenden Schicht absorbiert wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils weist der oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip an seiner der Pumpvorrichtung zugewandten Seite folgende Schichtenfolge auf: Eine Passivierungsschicht, eine Ätzstoppschicht, die reflektierende Schichtenfolge. Dabei ist die Passivierungsschicht der Pumpvorrichtung vorzugsweise zugewandt und die Ätzstoppschicht ist zwischen der Passivierungsschicht und der reflektierenden Schichtenfolge angeordnet. Beispielsweise ergibt sich dann an der der Oberseite der Pumpvorrichtung zugewandten Unterseite des oberflächenemittierenden Halbleiterchips von der Pumpvorrichtung aus gesehen folgende Schichtenfolge: Passivierungsschicht, Ätzstoppschicht, reflektierende Schichtenfolge. Die Schichten können dabei direkt aufeinander angeordnet sein, so dass sich keine anderen Schichten zwischen diesen Schichten befinden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist die Passivierungsschicht mit einem Dielektrikum, zum Beispiel Siliziumnitrid gebildet oder besteht aus einem Dielektrikum, zum Beispiel Siliziumnitrid. Die Passivierungsschicht weist dann elektrisch isolierende Eigenschaften auf, so dass über beispielsweise die elektrisch leitende Kontaktschicht und die Lotschicht zwischen Pumpvorrichtung und oberflächenemittierendem Halbleiterlaserchip kein elektrischer Strom in den oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip eingeprägt werden kann. Die Passivierungsschicht kann dabei direkt an die Lotschicht grenzen, so dass sich zwischen Pumpvorrichtung und oberflächenemittierendem Halbleiterlaserchip folgende Abfolge ergibt: Elektrisch leitende Kontaktschicht, Lotschicht, Passivierungsschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist die Ätzstoppschicht mit InGaP gebildet oder besteht aus diesem Material. Die Ätzstoppschicht dient beispielsweise als Stoppschicht zum Ablösen eines Aufwachssubstrats von den epitaktisch gewachsenen Schichten des oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips. Nach dem Ablösen des Aufwachssubstrats kann an die Stelle des Aufwachssubstrats die Passivierungsschicht auf die Ätzstoppschicht aufgebracht, beispielsweise aufgesputtert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist die Schichtenfolge aus Passivierungsschicht und Ätzstoppschicht sowie reflektierender Schichtenfolge derart gewählt, dass sich für aus der Pumpvorrichtung ausgekoppelte elektromagnetische Strahlung eine Durchlässigkeit von mehr als 85%, vorzugsweise von wenigstens 90%, besonders bevorzugt von wenigstens 98% aufweist.
Eine derart hohe Durchlässigkeit für aus der Pumpvorrichtung ausgekoppelte elektromagnetische Strahlung lässt sich durch geeignete Wahl der Materialien sowie der Dicken von Passivierungsschicht und Ätzstoppschicht erreichen. Beispiele für eine geeignete Materialwahl sowie für geeignete Dicken der benannten Schichten sind weiter unten angegeben. Mit einer derartigen Schichtenfolge aus Passivierungsschicht, Ätzstoppschicht und reflektierender Schichtenfolge ist es möglich, den oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip durch die reflektierende Schichtenfolge hindurch optisch zu pumpen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils umschließt die Lotschicht die Strahlungsaustrittsfläche der Pumpvorrichtung rahmenartig. Das heißt, die Lotschicht ist als eine Bahn aus Lotmaterial um die Strahlungsaustrittsfläche der Pumpvorrichtung herum geführt. „Rahmenartig” bezieht sich dabei nicht auf die Geometrie der Lotschicht, das heißt die Lotschicht muss nicht zwangsläufig nach Art eines Rechtecks ausgebildet sein, sie kann beispielsweise auch eine runde oder eine ovale Form aufweisen. Durch das Herumführen der Lotschicht um die Strahlungsaustrittsfläche der Pumpvorrichtung ist eine besonders großflächige Verbindung zwischen Pumpvorrichtung und oberflächenemittierendem Halbleiterlaserchip gegeben, was die mechanische Stabilität des optoelektronischen Bauteils weiter erhöht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist zwischen der Strahlungsaustrittsfläche der Pumpvorrichtung und dem oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip ein Spalt angeordnet, der mit einem Material befüllt ist, dessen Brechungsindex < 2,0 ist. Beispielsweise kann dieser Spalt mit Luft gefüllt sein. Die Dicke des Spalts bestimmt den Abstand zwischen oberflächenemittierendem Halbleiterlaserchip und Pumpvorrichtung. Aufgrund des Spaltes zwischen Strahlungsaustrittsfläche und oberflächenemittierendem Halbleiterlaserchip, der mit einem Material befüllt ist, dessen Brechungsindex < 2,0 ist, kann sich aufgrund des Brechungsindexsprungs beim Austritt von elektromagnetischer Strahlung aus der Pumpvorrichtung zum Spalt hin sowie beim Eintritt von elektromagnetischer Strahlung vom Spalt in den oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip eine verbesserte Einkoppelung von elektromagnetischer Strahlung ergeben.
Es wird darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils angegeben. Mittels dem Verfahren kann vorzugsweise ein optoelektronisches Bauteil gemäß zumindest einer der vorherigen Ausführungsformen hergestellt werden. Das heißt, sämtliche in Verbindung mit dem optoelektronischen Bauteil beschriebenen Merkmale sind auch für das Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen Bauteils offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt, bei dem eine Vielzahl von Pumpvorrichtungen, die in einer ersten Scheibe als Verbund vorliegen, bereitgestellt werden, wobei an der Oberseite einer jeden Pumpvorrichtung eine Strahlungsaustrittsfläche vorgesehen ist. Die Pumpvorrichtungen liegen vorzugsweise im Wafer-Verbund vor. Dazu werden die Pumpvorrichtungen beispielsweise auf ein Aufwachssubstrat epitaktisch abgeschieden.
Mittels einem Strukturierungsverfahren, wie zum Beispiel einem Ätzprozess, werden Resonatorspiegel in der Scheibe mit der Vielzahl von Pumpvorrichtungen erzeugt. Durch das Erzeugen von Resonatorspiegeln werden einzelne Pumpvorrichtungen in der Scheibe definiert. Anschließend oder vor dem Erzeugen der Resonatorspiegel wird eine Auskoppelstruktur erzeugt, mittels der elektromagnetische Strahlung durch die Strahlungsaustrittsfläche aus der Pumpvorrichtung austreten kann. Vorzugsweise wird für jede Pumpvorrichtung genau eine Auskoppelstruktur erzeugt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils umfasst das Verfahren einen Schritt, bei dem eine Vielzahl von oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips bereit gestellt wird, die in einer zweiten Scheibe als Verbund vorliegen. Das heißt, auch die oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips sind beispielsweise auf ein gemeinsames Aufwachssubstrat oder einen Träger aufgebracht. Vorzugsweise entspricht die Zahl der oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips der Zahl der Pumpvorrichtungen. Das bedeutet, im Verlauf des Herstellungsverfahrens kann jeder Pumpvorrichtung ein oberflächenemittierender Halbleiterlaserchip eindeutig zugeordnet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt, bei dem erste und zweite Scheibe derart miteinander verbunden werden, dass die Oberseiten der Pumpvorrichtungen den oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips zugewandt sind. Das Verbinden der ersten und zweiten Scheibe kann dabei mittels eines Wafer-Bondprozesses stattfinden. Zum Beispiel wird Lotmaterial, welches zwischen den Oberseiten der Pumpvorrichtungen und den oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips angeordnet ist, mittels Laserstrahlung, welche durch die Pumpvorrichtungen oder/und die oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips auf das Lotmaterial gerichtet wird, verlötet. Alternativ kann das Verbinden mittels Thermokompression erfolgen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen Bauteils einen Verfahrensschritt, bei dem die verbundenen Scheiben mit Pumpvorrichtungen und oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips zu einzelnen optoelektronischen Bauteilen vereinzelt werden. Das bedeutet, die verbundenen Scheiben umfassen zunächst eine Vielzahl von optoelektronischen Bauteilen, bei denen jedes Bauteil eine Pumpvorrichtung und einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip umfasst. Mittels Vereinzeln, beispielsweise entlang eines Zwischenraums zwischen zwei Resonatorspiegeln benachbarter Pumpvorrichtungen, wird der Verbund der Scheiben zu einzelnen optoelektronischen Bauteilen zertrennt. Dies kann beispielsweise durch Sägen, Brechen oder Laserschneiden geschehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils die folgenden Schritte:

– Bereitstellen einer Vielzahl von Pumpvorrichtungen, die in einer ersten Scheibe als Verbund vorliegen, wobei an der Oberseite einer jeden Pumpvorrichtung eine Strahlungsaustrittsfläche vorgesehen ist,
– Bereitstellen einer Vielzahl von oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips, die in einer zweiten Scheibe als Verbund vorliegen,
– Verbinden von erster und zweiter Scheibe, derart, dass die Oberseiten der Pumpvorrichtungen den oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips zugewandt sind, und
– Vereinzeln der verbundenen Scheiben zu einzelnen optoelektronischen Bauteilen.

Mit Hilfe des hier beschriebenen Verfahrens lässt sich eine Vielzahl von optoelektronischen Bauteilen auf besonders einfache Art und Weise herstellen. Die optoelektronischen Bauteile setzen sich dabei jeweils aus separat gefertigten Pumpvorrichtungen und oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips zusammen. Auf diese Weise können die Pumpvorrichtungen und die oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips jeweils in der für das einzelne Bauelement optimalen Weise gefertigt werden, ohne auf die Herstellung des jeweilig anderen Bauelements Rücksicht nehmen zu müssen. Die Pumpvorrichtungen umfassen dabei eine Strahlungsaustrittsfläche, welche senkrecht oder zumindest quer zur Oberfläche der Scheibe, in der sich die Vielzahl der Pumpvorrichtungen befinden, abstrahlen kann. Das heißt, die Strahlungsaustrittsflächen der Pumpvorrichtungen sind jeweils an der Oberseite der Scheibe angeordnet.
Aufgrund der Tatsache, dass die Pumpvorrichtungen und die oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips getrennt voneinander gefertigt werden, muss im Betrieb des fertig gestellten optoelektronischen Bauteils keine Stromleitung durch den oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip hindurch erfolgen. Aus diesem Grund kann die reflektierende Schichtenfolge eines jeden oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips undotiert ausgeführt werden. Auf diese Weise können optische Verluste aufgrund einer Dotierung vermieden werden.
Zum Verbinden der Vielzahl von Pumpvorrichtungen mit der Vielzahl von oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips kommt beispielsweise ein Lötprozess zum Einsatz. Das heißt, erste und zweite Scheibe werden beispielsweise miteinander verlötet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird zum Bereitstellen der Vielzahl von Pumpvorrichtungen zunächst eine Halbleiterlaserstruktur umfassend eine erste strahlungserzeugende Schicht auf einem Aufwachssubstrat epitaktisch abgeschieden und anschließend in der Halbleiterlaserstruktur mittels Ätzen eine Vielzahl von Resonatorspiegeln erzeugt. Das heißt, die Pumpvorrichtungen werden gemeinsam in einem Wafer gefertigt. Die Definition der einzelnen Pumpvorrichtungen erfolgt durch Ätzen der Resonatorspiegel noch auf dem Aufwachssubstrat. Bei den Resonatorspiegeln handelt es sich daher um geätzte Spiegel. Mit Vorteil kann auf diese Weise eine Vielzahl von Pumpvorrichtungen erzeugt werden, welche jeweils eine erste strahlungserzeugende Schicht umfassen, die bei jeder Pumpvorrichtung denselben Aufbau aufweist wie bei den anderen Pumpvorrichtungen des Scheibenverbunds.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird zur Definition der Strahlungsaustrittsfläche der Vielzahl von Pumpvorrichtungen zwischen je zwei Resonatorspiegeln eine Auskoppelstruktur erzeugt. Die Erzeugung der Auskoppelstruktur kann beispielsweise durch das Herstellen von schrägen Reflektoren erfolgen, welche einen Teil der erzeugten elektromagnetischen Strahlung zur Strahlungsaustrittsfläche hin reflektieren.
Darüber hinaus ist das Erzeugen einer Auskoppelstruktur auch durch Veränderung des Brechungsindex der Halbleiterlaserstruktur einer jeden Pumpvorrichtung unterhalb der Strahlungsaustrittsfläche möglich. Dies kann beispielsweise durch ein Gitter zweiter Ordnung oder durch Koppelprinzipien wie beispielsweise Stosskopplung mit Luftspalt erfolgen.
Ein Brechungsindex-Gitter im optischen Feld eines Wellenleiters führt zu Teilreflexionen der sich ausbreitenden elektromagnetischen Welle an Unstetigkeitsstellen – zum Beispiel einem Bragg-Reflektor. In vielen Anwendungen wird dabei ein Gitter erster Ordnung verwendet, bei dem eine hinlaufende Welle in die zurückreflektierte Welle teilreflektiert wird – zum Beispiel bei einem DFB- oder DBR-Laser. Bei einem Gitter zweiter Ordnung erfolgt die Teilreflexion senkrecht zur ursprünglichen Ausbreitungsrichtung und daher kann ein solches Gitter zweiter Ordnung zur Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung quer zur Ausbreitungsrichtung verwendet werden.
Im Folgenden wird das hier beschriebene optoelektronische Bauteil sowie das hier beschriebene Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils mittels Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.
Die 1A bis 1I zeigen anhand schematischer Schnittdarstellungen Verfahrensschritte eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils.
Die 1I zeigt anhand einer schematischen Schnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauteils.
Die 2A bis 2C zeigen anhand schematischer Draufsichten ein zweites Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils.
Die 3A zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauteils.
Die 3B zeigt anhand einer schematischen Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel eines oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauteils.
Die 4A und 4B zeigen in schematischen Schnittdarstellungen Ausführungsbeispiele einer Pumpvorrichtung für ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauteils.
Die 5A bis C und 6 zeigen anhand schematischer Auftragungen Möglichkeiten zur Bestimmung von Parametern, für eine für Pumpstrahlung durchlässige reflektierende Schichtenfolge.
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 zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Die schematischen Schnittdarstellungen der 1A bis 1I zeigen Verfahrensschritte eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils. Das Bauteil wird dabei in Verbindung mit zumindest einer der oben aufgeführten Ausführungsformen beschrieben hergestellt.
Wie der 1A zu entnehmen ist, wird zunächst ein Aufwachssubstrat 23 bereitgestellt, auf dem eine Halbleiterschichtenfolge 22a, 22b, 21 epitaktisch abgeschieden wird. Die Halbleiterschichtenfolge umfasst beispielsweise eine erste strahlungserzeugende Schicht 21, welche von einer n-dotierten Schicht 22b sowie einer p-dotierten Schicht 22a umgeben ist. Die strahlungserzeugende Schicht 21 ist unter Bestromung zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung geeignet, welche im späteren optoelektronischen Bauteil als Pumpstrahlung für den oberflächenemittierenden Halbleiterchip 1 Verwendung findet.
Die Gesamtheit aus Aufwachssubstrat 23, n-dotierter Schicht 22A, p-dotierter Schicht 22B und erster strahlungserzeugender Schicht 21 bildet eine erste Scheibe 200, und damit den Ausgangswafer für das hier beschriebene Herstellungsverfahren.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt, siehe die 1B, werden mittels Ätzen Resonatorspiegel 24 erzeugt, welche die strahlungsemittierende Schicht 21 lateral begrenzen. Die Resonatorspiegel 24 verlaufen dabei vorzugsweise senkrecht zur ersten strahlungserzeugenden Schicht 21. Über das Erzeugen der Resonatorspiegel 24 werden einzelne Pumpvorrichtungen 2 definiert.
In Verbindung mit der 1C ist ein weiterer Verfahrensschritt beschrieben, der beispielsweise nach dem Erzeugen der Resonatorspiegel 24 stattfindet. In diesem Verfahrensschritt wird eine Auskoppelstruktur 25 in jeder der Pumpvorrichtungen 2 erzeugt. Dies ist in der 1C lediglich schematisch dargestellt, die Auskoppelstrukturen 25 sind beispielhaft in den 4A und 4B näher erläutert.
In einem vierten Verfahrensschritt wird eine p-Kontaktschicht 26 auf die Oberseite 2b der Pumpvorrichtungen 2 aufgebracht. Dabei wird ein Austrittsfenster im Bereich der ersten Strahlungsaustrittsfläche 2a frei gelassen, in dem die Oberseite 2b der Pumpvorrichtung von der p-Kontaktschicht 26 unbedeckt bleibt. Auf die der Pumpvorrichtung 2 abgewandten Seite der p-Kontaktschicht 26 wird eine Lotschicht 27 aufgebracht.
In einem weiteren Verfahrensschritt, wie er schematisch in Verbindung mit der 1E gezeigt ist, wird eine zweite Scheibe 100 auf die erste Scheibe 200 aufgebracht. Die zweite Scheibe 100 umfasst eine Vielzahl oberflächenemittierender Halbleiterchips 1. Die oberflächenemittierenden Halbleiterchips 1 sind dabei noch im Verbund in der Scheibe angeordnet.
Die zweite Scheibe 100 umfasst beispielsweise ein Substrat 13, eine zweite strahlungserzeugende Schicht 11, welche auf das Substrat 13 aufgebracht ist, sowie eine reflektierende Schichtenfolge 14. An der der zweiten strahlungserzeugenden Schicht 11 abgewandten Seite der reflektierenden Schichtenfolge 14 kann ebenfalls eine Lotschicht 27 angeordnet sein, die strukturiert aufgebracht ist, derart, dass die Lotschicht 27 auf der zweiten Scheibe 100 und die Lotschicht 27 auf der ersten Scheibe 200 miteinander in Deckung und Kontakt gebracht werden können. Auf diese Weise können erste Scheibe 100 und zweite Scheibe 200 mittels eines Wafer-Bondprozesses zum Verbund von erster und zweiter Scheibe 300 mechanisch miteinander verbunden werden.
Im Bereich der Auskoppelstrukturen 25 sind erste Scheibe 200 und zweite Scheibe 100 jeweils frei von Kontaktschichten oder Lotschichten. Auf diese Weise kann elektromagnetische Strahlung aus den Pumpvorrichtungen 2 in den jeweils zugeordneten oberflächenemittierenden Halbleiterchip 1 gelangen.
In einem weiteren Verfahrensschritt, wie er in Verbindung mit der 1G schematisch beschrieben ist, wird das Substrat 13 der zweiten Scheibe 100 entfernt und durch Mesa-Ätzen werden einzelne oberflächenemittierende Halbleiterchips definiert.
Im nächsten Verfahrensschritt, 1H, wird auf die erste Scheibe, an ihrer den oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips 1 abgewandten Seite, eine n-Kontaktschicht 28 ganzflächig aufgebracht. Vorher kann das Substrat 23 noch gedünnt werden.
Im letzten Verfahrensschritt, 1I, wird auch die erste Scheibe 200 in der Nähe der Resonatorspiegel 24 durchtrennt, so dass optoelektronische Bauteile mit jeweils genau einer Pumpvorrichtung 2 und genau einem oberflächenemittierenden Halbleiterchip 1 entstehen.
Ein einzelnes optoelektronisches Bauteil kann beispielsweise auf einen Anschlussträger, zum Beispiel eine Leiterplatte, aufgebracht werden und mittels der n-Kontaktschicht 28 und einem Drahtkontakt 4 elektrisch leitend mit dem Anschlussträger verbunden werden. Das optoelektronische Bauteil bildet dabei einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaser, wobei die optische Pumpvorrichtung 2 mittels über die Auskoppelstruktur 25 ausgekoppelte elektromagnetische Strahlung den oberflächenemittierenden Halbleiterchip optisch pumpt.
In den schematischen Draufsichten der 2A bis 2C sind Verfahrensschritte eines weiteren Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Herstellungsverfahrens näher erläutert. Wie aus der 2A ersichtlich, können die Reflektorspiegel 24 durch so genannte Retroreflektoren gebildet sein. Die 2A zeigt dabei eine schematische Draufsicht auf eine Pumpvorrichtung 2, bevor die Lotschicht 27 aufgebracht ist. In der Mitte des durch die Resonatorspiegel 24 gebildeten Resonators befindet sich die erste Strahlungsaustrittsfläche 2a, durch welche elektromagnetische Strahlung die Pumpvorrichtung 2 im Betrieb verlassen kann.
Nachfolgend, 2B, wird eine Lotschicht 27 rahmenartig um die erste Strahlungsaustrittsfläche 2a aufgebracht. Die Lotschicht 27 befindet sich dabei in direktem Kontakt mit der p-Kontaktschicht 26.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird ein oberflächenemittierender Halbleiterlaserchip 1 auf die Lotschicht 27 aufgebracht und damit mit der Pumpvorrichtung 2 verbunden. Der oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip 1 umfasst eine zweite Strahlungsaustrittsfläche 1a, durch welche in der zweiten strahlungserzeugenden Schicht 11 erzeugte elektromagnetische Strahlung das optoelektronische Bauteil verlässt.
Anhand der Schnittdarstellung der 3A ist ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauteils näher erläutert. Das Bauteil umfasst eine Pumpvorrichtung 2 sowie einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip 1. Im Bereich der Auskoppelstruktur 25 ist das optoelektronische Bauteil in einer Ausschnittsvergrößerung dargestellt. Das Bauteil umfasst die erste strahlungserzeugende Schicht 21 sowie einen Auskoppelbereich 25 an der Oberseite 2b der Pumpvorrichtung 2. Zwischen Pumpvorrichtung 2 und oberflächenemittierendem Halbleiterchip 1 ist im Bereich der Auskoppelstruktur 25 ein Spalt 6 angeordnet, der mit einem Material befüllt ist, das einen Brechungsindex ≤ 2 aufweist. Beispielsweise ist der Spalt 6 mit Luft gefüllt. Der Abstand zwischen Pumpvorrichtung 2 und oberflächenemittierendem Halbleiterlaserchip 1 ist durch die Höhe der p-Kontaktschicht 26 sowie der Lotschicht 27 eingestellt.
Die Breite des derart gebildeten optoelektronischen Bauteils beträgt in lateraler Richtung beispielsweise zwischen 850 μm und 950 μm, vorzugsweise 900 μm. Die Höhe beträgt vorzugsweise zwischen 100 μm und 130 μm, beispielsweise 115 μm. Die erste Strahlungsaustrittsfläche 2a weist vorzugsweise einen Durchmesser von wenigstens 40 μm und höchstens 500 μm auf. Beispielsweise beträgt der Durchmesser zwischen 100 μm und 150 μm, vorzugsweise zwischen 70 μm und 130 μm. Die Dicke des oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips 1 beträgt vorzugsweise wenigstens 6 μm und höchstens 10 μm, beispielsweise 8 μm. Die Dicke der Lotschicht 27 beträgt vorzugsweise zwischen 1,5 μm und 2,5 μm, beispielsweise 2 μm.
Die Dicke der p-Kontaktschicht beträgt vorzugsweise zirka 1 μm.
Wie der 3B zu entnehmen ist, umfasst der oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip gemäß einem Ausführungsbeispiel folgende Schichtenfolge: Eine Passivierungsschicht 8, welche der ersten Strahlungsaustrittsfläche 2a zugewandt ist. Auf die Passivierungsschicht 8 folgend an ihrer der ersten Strahlungsaustrittsfläche 2a abgewandten Seite ist eine Ätzstoppschicht 9 angeordnet. Die Ätzstoppschicht 9 ist zwischen der Passivierungsschicht 8 und der reflektierenden Schichtenfolge 14, die beispielsweise durch einen Bragg-Spiegel gebildet ist, angeordnet.
Die 4A und 4B zeigen anhand schematischer Schnittdarstellungen zwei Ausführungsbeispiele einer Pumpvorrichtung 2, wie sie in einem hier beschriebenen optoelektronischen Bauteil zum Einsatz kommen kann. Beim Ausführungsbeispiel der 4A ist der Auskoppelbereich 25 durch ein Oberflächengitter 251 der Ordnung 2 gebildet.
Beim Ausführungsbeispiel der 4B ist der Auskoppelbereich 25 durch schräge, beispielsweise trocken geätzte Reflektoren gebildet, die durch Halbleiterschichten gebildet sind, welche in einem Winkel ungleich 90° zur ersten strahlungserzeugenden Schicht 21 verlaufen. Beispielsweise kann der Resonator durch die Reflektoren 252 geteilt sein, so dass die Pumpvorrichtung zwei unabhängige Laserresonatoren umfasst. Darüber hinaus ist es möglich, dass durch die Reflektoren 252 lediglich ein Teil der eben durch die Reflektoren 24 gebildeten Laserresonator umlaufenden elektromagnetischen Strahlung ausgekoppelt wird, so dass die Pumpvorrichtung 1 einen einzigen Laserresonator aufweist.
In Verbindungen mit den 5A, 5B und 5C ist näher erläutert, wie die reflektierende Schichtenfolge 14 mit Hilfe der Passivierungsschicht 8 und der Ätzstoppschicht 9 derart modifiziert werden kann, dass elektromagnetische Pumpstrahlung 7 aus der Pumpvorrichtung 2 durch die reflektierende Schichtenfolge 14 hindurch zur zweiten strahlungserzeugenden Schicht 11 gelangen kann. Die Passivierungsschicht 8 ist dabei aus einem Siliziumnitrid, gebildet. Die Ätzstoppschicht 9 ist beispielsweise aus InGaP gebildet. Die Ätzstoppschicht 9 dient für ein Abtrennen eines Aufwachssubstrates von den epitaktisch gewachsenen Schichten des oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips 1. Es hat sich nun gezeigt, dass für bestimmte Dickenkombinationen der Passivierungsschicht 8 und der Ätzstoppschicht 9 die reflektierende Schichtenfolge für elektromagnetische Strahlung 7 aus der Pumpvorrichtung 2 transparent gemacht werden kann.
Das heißt, der Anteil der Strahlung, welche reflektiert wird, ist dann besonders klein. Die 5A zeigt schematisch den Brechungsindexverlauf der Schichten des oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips 1 aufgetragen gegen den optischen Abstand. Die 5B zeigt die Reflektivität für elektromagnetische Strahlung einer Wellenlänge von 808 nm abhängig von der Dicke der Ätzstoppschicht 9 und der Dicke der Passivierungsschicht 8. Wie durch den Pfeil gekennzeichnet, ist die Reflektivität für die Pumpstrahlung 7 ohne die Passivierungsschicht 8 > 15 Durch eine geschickte Wahl der Dicke der Passivierungsschicht 8 und der Dicke der Ätzstoppschicht 9 kann eine hohe Transparenz der reflektierenden Schichtenfolge 14 erreicht werden. Günstige Kombinationen sind beispielsweise eine Dicke der Ätzstoppschicht von 30 nm bei einer Dicke der Passivierungsschicht 8 von 100 nm oder eine Dicke der Ätzstoppschicht 9 von 160 nm bei einer Dicke der Passivierungsschicht 8 von 100 nm.
In der 5C ist die Reflektivität für die Pumpstrahlung 7 bei einer Dicke der Ätzstoppschicht von 160 nm in Abhängigkeit der Wellenlänge der Pumpstrahlung 7 sowie der Dicke der Passivierungsschicht 8 aufgetragen. Es zeigt sich, dass in diesem Ausführungsbeispiel für eine Dicke der Passivierungsschicht von 100 nm weitgehend unabhängig von der Wellenlänge des Pumplichts die Reflektivität des Bragg-Spiegels für das Pumplicht nahezu Null wird.
Die 6 zeigt eine Auftragung der Reflektivität für die Pumpstrahlung 7 gegen die Wellenlänge der Pumpstrahlung. Die Kurve A zeigt dabei die Reflektivität ohne Passivierungsschicht 8 bei einer Dicke der Ätzstoppschicht von 160 nm, die Figur B zeigt die Reflektivität für eine Dicke der Passivierungsschicht 8 von 100 nm bei einer Dicke der Ätzstoppschicht 9 von 160 nm. Auch der 6 ist dabei zu entnehmen, dass im Bereich zwischen 800 und 830 nm der Wellenlänge der Pumpstrahlung 7 kaum eine Abhängigkeit der Reflektivität von der Wellenlänge des Pumplichts 7 feststellbar ist. Das Pumplicht kann für die genannte Dickenkombination von Passivierungsschicht 8 und Ätzstoppschicht 9 also besonders ungehindert in die zweite strahlungserzeugende Schicht 11 des oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips 1 vordringen.
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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 2002/0001328 [0002]
- WO 2005/048423 [0018]

Claims

Optoelektronisches Bauteil mit – einer optischen Pumpvorrichtung (2), die eine erste strahlungserzeugende Schicht (21) und eine erste Strahlungsaustrittsfläche (2a) an der Oberseite (2b) der Pumpvorrichtung (2) umfasst, wobei im Betrieb der Pumpvorrichtung (2) erzeugte elektromagnetische Strahlung (7) quer, insbesondere zumindest teilweise nicht senkrecht, zur ersten strahlungserzeugenden Schicht (21) durch die erste Strahlungsaustrittsfläche (2a) aus der Pumpvorrichtung (2) ausgekoppelt wird, und – einem oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip (1) mit einer reflektierenden Schichtenfolge (14), insbesondere einem Bragg-Spiegel, und einer zweiten strahlungserzeugenden Schicht (11), wobei – der oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip (1) an der Oberseite (2b) der Pumpvorrichtung (2) befestigt ist, und – die reflektierende Schichtenfolge (14) zwischen der ersten Strahlungsaustrittsfläche (2a) und der zweiten strahlungserzeugenden Schicht (11) angeordnet ist.
Optoelektronisches Bauteil gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem die Pumpvorrichtung (2) durch einen elektrisch gepumpten Halbleiterlaserchip gebildet ist, wobei – zwei Resonatorspiegel (24) die erste strahlungserzeugende Schicht (21) in einer lateralen Richtung begrenzen, und – eine Auskoppelstruktur (25) zwischen den Resonatorspiegeln (24) angeordnet ist, mittels der ein Teil der im durch die Resonatorspiegel (24) begrenzten Resonator umlaufenden Laserstrahlung durch die erste Strahlungsaustrittsfläche (2a) ausgekoppelt wird.
Optoelektronisches Bauteil gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem eine elektrisch leitende Kontaktschicht (26) zum Betreiben der Pumpvorrichtung (2) zwischen der Pumpvorrichtung (2) und dem oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip (1) angeordnet ist.
Optoelektronisches Bauteil gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip (1) an seiner der Pumpvorrichtung (2) zugewandten Seite folgende Schichtenfolge aufweist: – eine Passivierungsschicht (8), die mit einem Dielektrikum gebildet ist, – eine Ätzstoppschicht (9), und – die reflektierende Schichtenfolge (14), wobei – die Passivierungsschicht (8) der Pumpvorrichtung (2) zugewandt und die Ätzstoppschicht (9) zwischen Passivierungsschicht (8) und reflektierender Schichtenfolge (14) angeordnet ist.
Optoelektronisches Bauteil gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem die Schichtenfolge (8, 9, 14) für aus der Pumpvorrichtung (2) ausgekoppelte elektromagnetische Strahlung (7) eine Durchlässigkeit von wenigstens 85% aufweist.
Optoelektronisches Bauteil gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem zwischen der Pumpvorrichtung (2) und dem oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip (1) eine Lotschicht (27) angeordnet ist, mittels der die Pumpvorrichtung (2) und der oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip (1) mechanisch miteinander verbunden sind.
Optoelektronisches Bauteil gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem die Lotschicht (27) die erste Strahlungsaustrittsfläche (2a) rahmenartig umschließt.
Optoelektronisches Bauteil gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem zwischen der ersten Strahlungsaustrittsfläche (2a) und dem oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip (1) ein Spalt (6) angeordnet ist, der mit einem Material befüllt ist, dessen Brechungsindex < 2,0 ist.
Optoelektronisches Bauteil gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem der Spalt (6) mit Luft befüllt ist.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils mit den folgenden Schritten, – Bereitstellen einer Vielzahl von Pumpvorrichtungen (2), die in einer ersten Scheibe (200) als Verbund vorliegen, wobei an der Oberseite (2b) einer jeden Pumpvorrichtung (2) eine erste Strahlungsaustrittsfläche (2a) vorgesehen ist, – Bereitstellen einer Vielzahl von oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips (1), die in einer zweiten Scheibe (100) als Verbund vorliegen, – Verbinden von erster (200) und zweiter Scheibe (100), derart dass die Oberseiten (2b) der Pumpvorrichtungen (2) den oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips (1) zugewandt sind, und – Vereinzeln der verbunden Scheiben (300) zu einzelnen optoelektronischen Bauteilen.
Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei die erste Scheibe (200) mit der zweiten Scheibe (100) verlötet wird.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei zum Bereitstellen der Vielzahl von Pumpvorrichtungen (2) eine Halbleiterlaserstruktur (21, 22a, 22b) umfassend eine erste strahlungserzeugende Schicht (21) auf einem Aufwachssubstrat (23) epitaktisch abgeschieden wird und anschließend in der Halbleiterlaserstruktur (21, 22a, 22b) mittels Ätzen eine Vielzahl von Resonatorspiegeln (24) erzeugt wird.
Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei zur Definition der ersten Strahlungsaustrittsflächen (2a) der Vielzahl von Pumpvorrichtungen (2) zwischen je zwei Resonatorspiegeln (24) eine Auskoppelstruktur (25) erzeugt wird.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein optoelektronisches Bauteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt wird.