DE102010009455B4 - Semiconductor laser device with a semiconductor laser chip and method for the production thereof - Google Patents
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Abstract
Halbleiterlaservorrichtung mit mindestens einem Halbleiterlaserchip (1), wobei der Halbleiterlaserchip (1)- eine aktive Schicht enthält, die elektromagnetische Strahlung emittiert,- eine laterale Ausdehnung (B) von höchstens 100 µm aufweist,- auf einem Submount (2) angeordnet ist,- der Halbleiterlaserchip (1) in einer Ausnehmung (21) des Submounts (2) angeordnet ist, sodass die Ausnehmung (21) eine obere Stufe des Submounts (2) bildet,- der Submount (2) eine weitere, untere Stufe aufweist, sodass der Halbleiterlaserchip (1) über die obere Stufe herausragt und sodass eine Strahlungsauskoppelfacette (14) des Halbleiterlaserchips (1) freiliegend ist und sich in Draufsicht gesehen über der unteren Stufe befindet, wodurch im Betrieb des Halbleiterlaserchips (1) eine Abschattung von Laserlicht durch den Submount (2) vermieden ist, und- der Halbleiterlaserchip (1) die Ausnehmung (21) seitlich an nur einer Seite überragt.Semiconductor laser device with at least one semiconductor laser chip (1), wherein the semiconductor laser chip (1) - contains an active layer which emits electromagnetic radiation, - has a lateral extent (B) of at most 100 µm, - is arranged on a submount (2), - the semiconductor laser chip (1) is arranged in a recess (21) of the submount (2) so that the recess (21) forms an upper step of the submount (2), - the submount (2) has a further, lower step, so that the Semiconductor laser chip (1) protrudes over the upper step and so that a radiation decoupling facet (14) of the semiconductor laser chip (1) is exposed and is located above the lower step when the semiconductor laser chip (1) is in operation, as a result of which laser light is shadowed by the submount ( 2) is avoided, and the semiconductor laser chip (1) protrudes laterally beyond the recess (21) on only one side.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiterlaservorrichtung mit einem Halbleiterlaserchip, der eine aktive Schicht aufweist. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Halbleiterlaservorrichtung.The present invention relates to a semiconductor laser device having a semiconductor laser chip having an active layer. The invention also relates to a method for producing such a semiconductor laser device.
Halbleiterlaservorrichtungen finden aufgrund ihrer Kompaktheit Anwendung in zahlreichen Applikationsbereichen, wie beispielsweise Datenspeicherung, Projektionsanwendungen, Drucktechnik und ähnliches. Insbesondere Halbleiterlaser basierend auf dem InGaN-Materialsystem bieten aufgrund ihrer erzeugten Strahlung im UV- bis Blau- beziehungsweise grünen Wellenlängenbereich vielfältige Einsatzmöglichkeiten.Due to their compactness, semiconductor laser devices are used in numerous application areas, such as data storage, projection applications, printing technology and the like. Semiconductor lasers based on the InGaN material system in particular offer a wide range of possible uses due to the radiation they generate in the UV to blue or green wavelength range.
Ein sehr hoher Anteil der Kosten derartiger Halbleiterlaservorrichtungen entsteht durch die hochpreisigen Substrate, die aufgrund ihrer niedrigen Defektdichte und erforderlichen, an die Halbleiterlaser gitterangepassten Struktur für eine hohe Lebensdauer vorteilhaft sind. Um die Herstellungskosten derartiger Vorrichtung niedrig zu halten, müssen aus einem Substrat möglichst viele Halbleiterlaserchips gewonnen werden. Dementgegen steht jedoch eine Mindestgröße der Kontaktbereiche der Halbleiterlaserchips, die zum Messen, Kontaktieren und Bonden der Chips notwendig sind.A very high proportion of the costs of such semiconductor laser devices arises from the high-priced substrates, which are advantageous for a long service life due to their low defect density and the required structure that is lattice-matched to the semiconductor laser. In order to keep the production costs of such a device low, as many semiconductor laser chips as possible must be obtained from one substrate. On the other hand, however, there is a minimum size of the contact areas of the semiconductor laser chips, which are necessary for measuring, contacting and bonding the chips.
Druckschrift
Die Druckschrift
Die Druckschrift
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Halbleiterlaservorrichtung anzugeben, die insbesondere kostengünstig herstellbar ist und gleichzeitig eine hohe Leistung aufweist. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes, insbesondere kostengünstiges Herstellungsverfahren einer derartigen Halbleiterlaservorrichtung anzugeben.The invention is based on the object of specifying an improved semiconductor laser device which, in particular, can be manufactured inexpensively and at the same time has a high output. Furthermore, the invention is based on the object of specifying an improved, in particular cost-effective production method for such a semiconductor laser device.
Diese Aufgaben werden unter anderem durch eine Halbleiterlaservorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zu dessen Herstellung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Halbleiterlaservorrichtung und des Verfahrens zu dessen Herstellung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.These objects are achieved, inter alia, by a semiconductor laser device with the features of
Erfindungsgemäß ist eine Halbleiterlaservorrichtung vorgesehen, die mindestens einen Halbleiterlaserchip aufweist, der eine aktive Schicht enthält, die elektromagnetische Strahlung emittiert, und eine laterale Ausdehnung von höchstens 100 µm aufweist. Der Halbleiterlaserchip ist auf einem Submount angeordnet.According to the invention, a semiconductor laser device is provided which has at least one semiconductor laser chip which contains an active layer which emits electromagnetic radiation and which has a lateral extent of at most 100 μm. The semiconductor laser chip is arranged on a submount.
Eine derartige Halbleiterlaservorrichtung weist demnach einen Halbleiterlaserchip auf, der eine geringe Chipbreite, beziehungsweise laterale Ausdehnung, von höchstens 100 µm aufweist. Aus einem Substrat können so aufgrund der geringen Chipbreite möglichst viele Halbleiterlaserchips gewonnen werden, wodurch vorteilhafterweise die Herstellungskosten derartiger Vorrichtungen niedrig gehalten werden können.Such a semiconductor laser device accordingly has a semiconductor laser chip which has a small chip width, or lateral extent, of at most 100 μm. Because of the small chip width, as many semiconductor laser chips as possible can thus be obtained from a substrate, as a result of which the production costs of such devices can advantageously be kept low.
Die laterale Ausdehnung des Halbleiterlaserchips ist insbesondere die Ausdehnung in Richtung quer zu einer Strahlrichtung der Laservorrichtung.The lateral extension of the semiconductor laser chip is in particular the extension in the direction transverse to a beam direction of the laser device.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Halbleiterlaserchip ein Substrat auf. Vorzugsweise dient das Substrat als Aufwachsubstrat für die Schichten des Halbleiterlaserchips. Besonders bevorzugt ist das Substrat ein Aufwachsubstrat für die Schichten des Halbleiterlaserchips.In a preferred configuration, the semiconductor laser chip has a substrate. The substrate preferably serves as a growth substrate for the layers of the semiconductor laser chip. The substrate is particularly preferably a growth substrate for the layers of the semiconductor laser chip.
Das Substrat umfasst vorzugsweise Galliumnitrid, Siliziumcarbid, Saphir, Silizium, Aluminiumnitrid und/oder Indiumnitrid.The substrate preferably comprises gallium nitride, silicon carbide, sapphire, silicon, aluminum nitride and / or indium nitride.
Vorzugsweise weist das Substrat des Halbleiterlaserchips eine laterale Ausdehnung von höchstens 100 µm auf. Die hochpreisige Substratfläche ist somit auf eine minimal notwendige Breite von höchstens 100 µm reduziert, wodurch sich die Materialkosten einer derartigen Laservorrichtung mit Vorteil minimieren.The substrate of the semiconductor laser chip preferably has a lateral extent of at most 100 μm. The high-priced substrate area is thus reduced to a minimum required width of at most 100 μm, which advantageously minimizes the material costs of such a laser device.
Bevorzugt weist der Submount Material auf, das sich durch eine höhere Wärmeleitfähigkeit auszeichnet als das Substrat.The submount preferably has material which is characterized by a higher thermal conductivity than the substrate.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Halbleiterlaserchip als Dünnfilm-Laserchip ausgebildet. Als Dünnfilm-Laserchip wird im Rahmen der Anmeldung ein Halbleiterlaserchip angesehen, während dessen Herstellung das Aufwachssubstrat, auf den eine Halbleiterschichtenfolge beispielsweise epitaktisch aufgewachsen wurde, vorzugsweise vollständig abgelöst ist.In a preferred embodiment, the semiconductor laser chip is designed as a thin-film laser chip. In the context of the application, a thin-film laser chip is regarded as a semiconductor laser chip, during the manufacture of which the growth substrate, on which a semiconductor layer sequence was grown, for example, epitaxially, is preferably completely detached.
Vorzugsweise weist der Halbleiterlaserchip eine laterale Ausdehnung von höchstens 60 µm, bevorzugt von höchstens 50 µm auf.The semiconductor laser chip preferably has a lateral extent of at most 60 μm, preferably of at most 50 μm.
Durch die Verwendung eines Substrats mit einer niedrigen Defektdichte und an die Schichten des Halbleiterlaserchips angepassten Gitterstruktur kann eine hohe Lebensdauer der Laserchips erzielt werden, wobei gleichzeitig die Chipkosten aufgrund der reduzierten lateralen Ausdehnung des Substrats reduziert sind.By using a substrate with a low defect density and a lattice structure adapted to the layers of the semiconductor laser chip, a long service life of the laser chips can be achieved, while at the same time the chip costs are reduced due to the reduced lateral extent of the substrate.
Durch die Anordnung des Halbleiterlaserchips auf dem Submount ist mit Vorteil trotz der reduzierten lateralen Ausdehnung ein problemloses Handling der Vorrichtung möglich. Beispielsweise kann die Halbleiterlaservorrichtung auf einem externen Träger angeordnet werden. Weiter ist es möglich, auf einem Submount eine Mehrzahl von Halbleiterlaserchips, die beispielsweise Strahlung in unterschiedlicher Farbe emittieren, zu integrieren.Due to the arrangement of the semiconductor laser chip on the submount, problem-free handling of the device is advantageously possible despite the reduced lateral extent. For example, the semiconductor laser device can be arranged on an external carrier. It is also possible to integrate a plurality of semiconductor laser chips, which, for example, emit radiation in different colors, on a submount.
Bevorzugt basiert der Halbleiterlaserchip auf dem Materialsystem InGaN, besonders bevorzugt auf InGaAlN. The semiconductor laser chip is preferably based on the InGaN material system, particularly preferably on InGaAlN.
Vorzugsweise ist der Laserchip geeignet, elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner 600 nm zu erzeugen. Bevorzugt ist der Laserchip geeignet, elektromagnetische Strahlung im grünen, blauen oder ultravioletten Spektralbereich zu erzeugen.The laser chip is preferably suitable for generating electromagnetic radiation with a wavelength of less than 600 nm. The laser chip is preferably suitable for generating electromagnetic radiation in the green, blue or ultraviolet spectral range.
Der Halbleiterlaserchip ist ein Kantenemitter. Eine Strahlungsauskoppelfacette des Halbleiterlaserchips ist an einer Seitenfläche des Chips angeordnet.The semiconductor laser chip is an edge emitter. A radiation decoupling facet of the semiconductor laser chip is arranged on a side face of the chip.
Der Submount ist strukturiert ausgebildet. Somit weist der Submount zumindest eine Ausnehmung auf, welche den Halbleiterlaserchip teilweise aufnimmt.The submount is structured. The submount thus has at least one recess which partially accommodates the semiconductor laser chip.
Ein strukturierter Submount ist ein Submount, der eine Struktur aufweist, also die Ausnehmungen. Die Ausnehmungen sind dabei zur Aufnahme des Halbleiterlaserchips geeignet. Eine Aussparung des Submounts ist derart angeordnet, dass die Strahlungsauskoppelfacette des Halbleiterlaserchips über dieser Aussparung zu liegen kommt. Dadurch kann mit Vorteil im Betrieb eine Abschattung des von dem Halbleiterlaserchip emittierten Laserlichts durch den Submount vermieden werden.A structured submount is a submount that has a structure, that is to say the recesses. The recesses are suitable for receiving the semiconductor laser chip. A recess in the submount is arranged in such a way that the radiation decoupling facet of the semiconductor laser chip comes to lie above this recess. As a result, shading of the laser light emitted by the semiconductor laser chip by the submount can advantageously be avoided during operation.
Der Submount ist stufenförmig ausgebildet. Somit weist der Submount einen Vorsprung auf, in den eine grabenförmige Ausnehmung angeordnet ist, die den Halbleiterlaserchip aufnimmt.The submount is stepped. The submount thus has a projection in which a trench-shaped recess is arranged which receives the semiconductor laser chip.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Submount ein wärmeleitfähiger Submount. Insbesondere weist der Submount eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Beispielsweise ist der Submount ein SiC-Submount. Dadurch kann die im Betrieb entstandene Wärme des Laserchips über den Submount abtransportiert werden. Ein wärmeleitfähiger Submount ist insbesondere in Verbindung mit Dünnfilmlaserchips von Vorteil.In a preferred embodiment, the submount is a thermally conductive submount. In particular, the submount has a high thermal conductivity. For example, the submount is a SiC submount. As a result, the heat generated by the laser chip during operation can be transported away via the submount. A thermally conductive submount is particularly advantageous in connection with thin-film laser chips.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Submount ein Halbleitermaterial, ein Metall oder eine Keramik auf. Beispielsweise enthält der Submount zumindest eines der folgenden Materialien oder ist aus zumindest einem dieser Materialien gebildet: Saphir, SiC, AlN, Stahl oder CuW.In a further preferred embodiment, the submount has a semiconductor material, a metal or a ceramic. For example, the submount contains at least one of the following materials or is formed from at least one of these materials: sapphire, SiC, AlN, steel or CuW.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist eine erste elektrische Kontaktierung des Halbleiterlaserchips über einen ersten Kontaktbereich gebildet, der zwischen Halbleiterlaserchip und Submount angeordnet ist. Ist der Submount elektrisch isolierend ausgebildet, beispielsweise ein AlN- oder Saphir-Submount, ist der erste Kontaktbereich derart geführt, dass dieser von extern elektrisch anschließbar ist. Beispielsweise kann der erste Kontaktbereich mittels eines Durchbruchs durch den Submount auf die von dem Halbleiterlaserchip abgewandte Seite des Submounts geführt und dort elektrisch anschließbar sein. Alternativ kann der erste Kontaktbereich auf der dem Halbleiterlaserchip zugewandten Seite des Submounts zu einer Seitenfläche des Submounts geführt und dort elektrisch anschließbar sein.In a further preferred configuration, a first electrical contacting of the semiconductor laser chip is formed via a first contact area which is arranged between the semiconductor laser chip and the submount. If the submount is designed to be electrically insulating, for example an AlN or sapphire submount, the first contact area is guided in such a way that it can be electrically connected externally. For example, the first contact area can be guided by means of an opening through the submount to the side of the submount facing away from the semiconductor laser chip and can be electrically connected there. Alternatively, the first contact area on the side of the submount facing the semiconductor laser chip can be led to a side surface of the submount and can be electrically connected there.
Ist der Submount leitend ausgebildet, beispielsweise ein Si-, SiC- oder Metall-Submount, kann die elektrische Kontaktierung des Halbleiterchips über den Submount und den ersten Kontaktbereich geführt sein.If the submount is designed to be conductive, for example an Si, SiC or metal submount, the electrical contacting of the semiconductor chip can be made via the submount and the first contact area.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist eine zweite elektrische Kontaktierung des Halbleiterlaserchips über einen zweiten Kontaktbereich gebildet, der auf der von dem Submount abgewandten Oberseite des Halbleiterchips angeordnet ist. Ist der Submount elektrisch isolierend, kann der zweite Kontaktbereich direkt auf eine Oberseite des Submounts geführt sein. Ist der Submount elektrisch leitend ausgebildet, ist vorzugsweise zwischen dem zweiten Kontaktbereich und dem Submount eine elektrisch isolierende Passivierungsschicht angeordnet, um Kurzschlüsse zu vermeiden.In a further preferred configuration, a second electrical contacting of the semiconductor laser chip is formed via a second contact area which is arranged on the top side of the semiconductor chip facing away from the submount. If the submount is electrically insulating, the second contact area can be led directly to an upper side of the submount. If the submount is designed to be electrically conductive, an electrically insulating passivation layer is preferably arranged between the second contact area and the submount in order to avoid short circuits.
Der Submount weist zumindest eine Ausnehmung auf, welche den Halbleiterlaserchip teilweise aufnimmt, wobei der zweite Kontaktbereich von der Oberseite des Halbleiterlaserchips zu einem Bereich der Oberseite des Submounts geführt ist, der außerhalb der Ausnehmung angeordnet ist.The submount has at least one recess which partially accommodates the semiconductor laser chip, the second contact area being guided from the top of the semiconductor laser chip to an area of the top of the submount which is arranged outside the recess.
Der Submount weist vorzugsweise Seitenbereiche auf, die jeweils an Seitenflächen der Ausnehmung angrenzen, und die den Halbleiterlaserchip zumindest teilweise umgeben. Der zweite Kontaktbereich ist dabei vorzugsweise auf einen dieser Seitenbereiche geführt.The submount preferably has side regions which each adjoin side surfaces of the recess and which at least partially surround the semiconductor laser chip. The second contact area is preferably guided to one of these side areas.
Der zweite Kontaktbereich kann mittels eines Durchbruchs durch den Submount auf die von dem Halbleiterlaserchip abgewandte Seite des Submounts extern elektrisch anschließbar sein.The second contact area can be electrically connectable externally by means of an opening through the submount on the side of the submount facing away from the semiconductor laser chip.
Alternativ ist es möglich, dass die zweite elektrische Kontaktierung des Halbleiterlaserchips über einen zweiten Kontaktbereich gebildet ist, der zwischen Halbleiterlaserchip und Submount angeordnet ist. In diesem Fall ist der Halbleiterlaserchip ein so genannter Flip-Chip-Halbleiterlaserchip, der auf einer seiner Seiten beide Kontaktbereiche aufweist. Der erste und der zweite Kontaktbereich sind dabei voneinander isoliert angeordnet. Beispielsweise weisen der erste und zweite Kontaktbereich zueinander einen Abstand auf. Der erste und der zweite Kontaktbereich können in diesem Fall mittels Durchbrüche, die durch den Submount geführt sind, von der dem Laserchip abgewandten Seite des Submounts extern elektrisch kontaktierbar sein.Alternatively, it is possible for the second electrical contacting of the semiconductor laser chip to be formed via a second contact area which is arranged between the semiconductor laser chip and the submount. In this case, the semiconductor laser chip is a so-called flip-chip semiconductor laser chip, which has both contact areas on one of its sides. The first and the second contact area are arranged isolated from one another. For example, the first and second contact areas are spaced apart from one another. In this case, the first and second contact areas can be electrically contactable externally by means of openings that are guided through the submount, from the side of the submount facing away from the laser chip.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die laterale Ausdehnung des zweiten Kontaktbereichs größer als die laterale Ausdehnung des Halbleiterlaserchips. In diesem Fall ist vorzugsweise der zweite Kontaktbereich auf der von dem Submount abgewandten Oberseite des Halbleiterchips ausgebildet. Dadurch kann eine Mindestgröße des zweiten Kontaktbereichs ermöglicht werden, die zum Messen, Kontaktieren und Bonden des Halbleiterlaserchips notwendig ist, wobei gleichzeitig die laterale Ausdehnung des Halbleiterlaserchips möglichst gering gehalten ist.In a further preferred configuration, the lateral extent of the second contact area is greater than the lateral extent of the semiconductor laser chip. In this case, the second contact area is preferably formed on the top side of the semiconductor chip facing away from the submount. As a result, a minimum size of the second contact area can be made possible, which is necessary for measuring, contacting and bonding the semiconductor laser chip, the lateral extent of the semiconductor laser chip being kept as small as possible at the same time.
Beispielsweise ist eine Passivierungsschicht bereichsweise auf dem Submount und dem Halbleiterlaserchip angeordnet, auf der der zweite Kontaktbereich geführt ist. Beispielsweise weist die Passivierungsschicht eines der folgenden Materialien auf: PVD SiO2, ALD SiO2, BCB, Spin-on-Glass, AlOx, Nitride, Fluoride oder Oxide.For example, a passivation layer, on which the second contact area is guided, is arranged in areas on the submount and the semiconductor laser chip. For example, the passivation layer has one of the following materials: PVD SiO 2 , ALD SiO 2 , BCB, spin-on-glass, AlO x , nitrides, fluorides or oxides.
Die Strahlungsauskoppelfacette des Halbleiterlaserchips kann dabei mit der Passivierungsschicht überzogen sein, wobei in diesem Fall bevorzugt die Schichtdicke der Passivierungsschicht so gewählt ist, dass diese keine Auswirkung auf die Reflektivität der Laserfacette hat. Beispielsweise weist die Schichtdicke der Passivierungsschicht ein Vielfaches von λ/2/n auf. Alternativ kann die Strahlungsauskoppelfacette des Halbleiterlasers bei Aufbringen der Passivierungsschicht durch eine Lackmaske geschützt sein, sodass die Auskoppelfacette keine Beschichtung mit der Passivierungsschicht erfährt.The radiation decoupling facet of the semiconductor laser chip can be coated with the passivation layer, in which case the layer thickness of the passivation layer is preferably selected so that it has no effect on the reflectivity of the laser facet. For example, the layer thickness of the passivation layer has a multiple of λ / 2 / n. Alternatively, the radiation decoupling facet of the semiconductor laser can be protected by a lacquer mask when the passivation layer is applied, so that the decoupling facet is not coated with the passivation layer.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterlaservorrichtung, die einen Halbleiterlaserchip umfasst, der eine aktive Schicht enthält, die elektromagnetische Strahlung emittiert, und eine laterale Ausdehnung von höchstens 100 µm aufweist, umfasst die folgenden Verfahrensschritte:
- - Befestigen des Halbleiterlaserchips auf einem Submount,
- - elektrisches Kontaktieren des Halbleiterlaserchips, und
- - Montieren des Submounts auf einem Träger.
- - mounting the semiconductor laser chip on a submount,
- - electrical contacting of the semiconductor laser chip, and
- - Mount the submount on a carrier.
Das Verfahren zeichnet sich vorteilhafterweise durch eine kostengünstige Herstellung aus. Da die laterale Ausdehnung des Chips auf höchstens 100 µm beschränkt ist, sind die Herstellungskosten und auch die Vorrichtungskosten minimiert.The method is advantageously distinguished by inexpensive production. Since the lateral extent of the chip is limited to a maximum of 100 μm, the manufacturing costs and also the device costs are minimized.
Der Submount wird strukturiert. Somit wird in dem Submount eine Ausnehmung ausgebildet, in der der Halbleiterlaserchip anschließend angeordnet wird. Dadurch kann der Halbleiterlaserchip mit Vorteil gezielt auf dem Submount ausgerichtet werden, wobei gleichzeitig ein geringer Höhenunterschied zwischen der Oberseite des Halbleiterlaserchips und der Oberseite des Submounts erzielt wird, sodass eine vereinfachte elektrische Kontaktierung des Halbleiterlaserchips ermöglicht wird.The submount is structured. Thus, a recess is formed in the submount, in which the semiconductor laser chip is then arranged. As a result, the semiconductor laser chip can advantageously be aligned in a targeted manner on the submount, with a slight difference in height between the top side of the semiconductor laser chip and the top side of the submount being achieved, so that simplified electrical contacting of the semiconductor laser chip is made possible.
Es wird eine Aussparung in dem Submount derart ausgebildet, dass die Strahlungsauskoppelfacette des Halbleiterlaserchips über dieser Aussparung angeordnet ist.A cutout is formed in the submount in such a way that the radiation decoupling facet of the semiconductor laser chip is arranged above this cutout.
Die Ausnehmungen des Submounts werden beispielsweise als Graben ausgebildet.The recesses of the submount are designed as trenches, for example.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird in einem gemeinsamen Verfahren eine Mehrzahl von Halbleiterlaservorrichtungen hergestellt, wobei vorzugsweise eine Mehrzahl von Halbleiterlaserchips auf einem gemeinsamen Submount angeordnet wird. Beispielsweise weist der Submount eine Mehrzahl von Ausnehmungen auf, wobei in jeweils einer Ausnehmung ein Halbleiterlaserchip angeordnet wird. Anschließend an die Herstellung der Halbleiterlaservorrichtungen in dem gemeinsamen Verfahren können die Halbleiterlaservorrichtungen aus dem Verbund heraus vereinzelt werden. Je nach Anwendung können alternativ eine Mehrzahl von Halbleiterlaservorrichtungen aus dem Verbund herausgelöst werden.In a further preferred embodiment, a plurality of semiconductor laser devices are produced in a common method, a plurality of semiconductor laser chips preferably being arranged on a common submount. For example, the submount has a plurality of recesses, a semiconductor laser chip being arranged in each recess. Subsequent to the production of the semiconductor laser devices in the common method, the semiconductor laser devices can be separated from the composite. Depending on the application, a plurality of semiconductor laser devices can alternatively be detached from the composite.
Bei der Herstellung einer Mehrzahl von Halbleiterlaservorrichtungen in einem gemeinsamen Verfahren, also in einem Verbund, werden beispielsweise eine Halbleiterschichtenfolge auf ein Aufwachssubstrat epitaktisch aufgewachsen, wobei anschließend mittels eines Mesa-Ätzverfahrens eine Mehrzahl von Halbleiterlaserchips hergestellt werden, die über das Aufwachssubstrat weiter mechanisch miteinander verbunden sind. Weiter wird ein Submount bereitgestellt. Mittels eines Laserliftoffverfahrens können anschließend eine Mehrzahl von Halbleiterlasern auf den Submount übertragen werden. Dabei kann je nach gewünschter Anwendung ein selektives Übertragen der Halbleiterlaserchips auf den Submount oder ein gleichzeitiges Übertragen aller Halbleiterlaserchips auf den Submount stattfinden.When producing a plurality of semiconductor laser devices in a common process, that is to say in a composite For example, a semiconductor layer sequence is epitaxially grown on a growth substrate, a plurality of semiconductor laser chips then being produced by means of a mesa etching process, which are further mechanically connected to one another via the growth substrate. A submount is also provided. A plurality of semiconductor lasers can then be transferred to the submount by means of a laser lift-off process. Depending on the desired application, a selective transfer of the semiconductor laser chips to the submount or a simultaneous transfer of all semiconductor laser chips to the submount can take place.
Weitere Merkmale, Vorteile, bevorzugte Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten der Halbleiterlaservorrichtung und des Verfahrens zu dessen Herstellung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den
-
1 einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterlaserchips für eine erfindungsgemäße Halbleiterlaservorrichtung, -
2 Verfahrensschritte zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Halbleiterlaservorrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels, -
6 ,7 ,10 ,12 Verfahrensschritte zur Herstellung von nicht erfindungsgemäßen Abwandlungen von Halbleiterlaservorrichtung, -
3 bis 5 Kontaktierungsverfahrensschritte zur Herstellung jeweils einer erfindungsgemäßen Halbleiterlaservorrichtung gemäß weiterer Ausführungsbeispiele, und -
8 ,9 ,11 Kontaktierungsverfahrensschritte zur Herstellung jeweils einer nicht erfindungsgemäßen Abwandlung einer Halbleiterlaservorrichtung.
-
1 a schematic cross section of a semiconductor laser chip for a semiconductor laser device according to the invention, -
2 Method steps for producing a semiconductor laser device according to the invention in accordance with an exemplary embodiment, -
6th ,7th ,10 ,12th Method steps for the production of modifications of semiconductor laser devices not according to the invention, -
3 to5 Contacting method steps for the production of a semiconductor laser device according to the invention in accordance with further exemplary embodiments, and -
8th ,9 ,11 Contacting method steps for the production of a respective non-inventive modification of a semiconductor laser device.
Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.Identical or identically acting components are each provided with the same reference symbols. The components shown and the proportions of the components to one another are not to be regarded as true to scale.
In
Der Halbleiterlaserchip
Die laterale Ausdehnung des Halbleiterlaserchip
Das Substrat
Vorzugsweise weist das Substrat eine laterale Ausdehnung B von höchstens 50 µm auf. Beispielsweise beträgt die laterale Ausdehnung, also die Breite des Halbleiterchips, 50 µm. Die Höhe H des Substrats weist beispielsweise 100 µm auf.The substrate preferably has a lateral extent B of at most 50 μm. For example, the lateral extent, that is to say the width of the semiconductor chip, is 50 μm. The height H of the substrate is 100 μm, for example.
Auf dem Substrat ist ein epitaktischer Halbleiterschichtenstapel
Die Laserstruktur ist beispielsweise mittels einer Passivierungsschicht
Auf der von dem Substrat
Dadurch, dass der Halbleiterlaserchip
In den
Der Submount
In
Der Submount
Vorzugsweise ist eine erste elektrische Kontaktierung des Halbleiterlaserchips
Beispiele zur Herstellung einer möglichen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterlaserchips sind in den
In
Nach dem mechanischen Verbinden wird ein Photolack
Mittels eines lithographischen Verfahrens wird der Photolack derart strukturiert, dass ein Kontaktfenster über einem zur elektrischen Kontaktierung vorgesehenen Bereich des Halbleiterlaserchips ausgebildet wird. Weiter wird mittels des lithographischen Verfahrens ein Kontaktfenster auf der Oberseite
Anschließend wird zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterlaserchips ein zweiter Kontaktbereich
Dadurch, dass der zweite Kontaktbereich zu dem Bereich des Submounts führt, der außerhalb der Ausnehmung angeordnet ist, entsteht nur ein geringer Höhenunterschied zwischen dem Kontaktierbereich des Halbleiterlaserchips und dem Kontaktierbereich des Submounts, wodurch ein vereinfachtes Kontaktierungsverfahren ermöglicht wird.Because the second contact area leads to the area of the submount that is arranged outside the recess, there is only a slight difference in height between the contacting area of the semiconductor laser chip and the contacting area of the submount, which enables a simplified contacting method.
Anschließend wird, wie in
Ist dagegen der Submount
Das Ausführungsbeispiel der
In den
Wie in dem Ausführungsbeispiel zu
Anschließend wird der zweite Kontaktbereich
Vorzugsweise ist die laterale Ausdehnung des zweiten Kontaktbereichs
In
Ist der Submount aus einem elektrisch leitenden Material, sind die elektrischen Leitungen in den Durchbrüchen elektrisch isolierend geführt. Zudem sind die Kontaktflächen und die Kontaktbereiche vom Submount elektrisch isoliert.If the submount is made of an electrically conductive material, the electrical lines are routed in an electrically insulating manner in the openings. In addition, the contact surfaces and the contact areas are electrically isolated from the submount.
Ist der Submount aus einem elektrisch isolierenden Material, können die elektrischen Leitungen in den Durchbrüchen zumindest teilweise elektrisch isolierend geführt sein. Zudem können die Kontaktflächen und die Kontaktbereiche vom Submount zumindest teilweise elektrisch isoliert sein.If the submount is made of an electrically insulating material, the electrical lines can be guided in the openings in an at least partially electrically insulating manner. In addition, the contact areas and the contact areas can be at least partially electrically isolated from the submount.
Alternativ zu den Kontaktierungsmöglichkeiten des Halbleiterlaserchips in der Halbleiterlaservorrichtung der Ausführungsbeispiele
In den
Des Weiteren wird ein strukturierter Submount
Der Submount wird anschließend, wie in
Wie in
Wie in
In einem oder mehreren anschließenden weiteren Laser-lift-off-Verfahrens können die restlichen Halbleiterlaserchips, die bei dem ersten Verfahren auf dem Aufwachssubstrat
Bevorzugt können so Halbleiterlaserchips auf den Submount übertragen werden, die als Dünnfilm-Halbleiterlaserchip ausgebildet sind. Dadurch kann mit Vorteil das Aufwachssubstrat, beispielsweise ein GaN-Substrat, in einem weiteren Herstellungsverfahren für weitere Halbleiterlaservorrichtungen wiederverwendet werden, nachdem alle Chips vom Aufwachssubstrat abgenommen sind.In this way, semiconductor laser chips which are designed as thin-film semiconductor laser chips can preferably be transferred to the submount. As a result, the growth substrate, for example a GaN substrate, can advantageously be reused in a further production method for further semiconductor laser devices after all the chips have been removed from the growth substrate.
In den
Nach Übertragen der Halbleiterlaserchips auf den Submount kann die Oberseite des Submounts und die Halbleiterlaserchips mittels einer Passivierungsschicht
Wie in
Wie in
Anschließend kann, wie in
In den
In
In
In den
In
In
In den
In
Wie in
Auf den Halbleiterlaservorrichtungen der
Alternativ können die Strahlungsauskoppelfacetten bei Aufbringen der Passivierungsschicht
Die Passivierungsschicht
In
Anschließend werden die Halbleiterlaservorrichtungen, wie in
Anschließend erhält man eine wie in
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