DE102010043693A1

DE102010043693A1 - Halbleiterlaseranordnung und Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlaseranordnung

Info

Publication number: DE102010043693A1
Application number: DE102010043693A
Authority: DE
Inventors: Mathias Moenster; Hans-Jochen Schwarz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-11-10
Publication date: 2012-03-29
Also published as: WO2012041678A1; US8913640B2; US20130250994A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Halbleiterlaseranordnung (100) mit mindestens einem Halbleiterlaser (110), der dazu ausgebildet ist, Laserstrahlung (L) durch eine Austrittsfläche (112) abzugeben. Erfindungsgemäß ist mindestens ein von der Austrittsfläche (112) verschiedener Bereich (114a) einer Oberfläche (114) des Halbleiterlasers (110) und/oder der Halbleiterlaseranordnung (100) reflektierend ausgebildet für Strahlung (L) mindestens eines vorgebbaren Wellenlängenbereichs.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Halbleiterlaseranordnung mit mindestens einem Halbleiterlaser, der dazu ausgebildet ist, Laserstrahlung durch eine Austrittsfläche abzugeben.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Halbleiterlaseranordnung.
Jeder Laser reagiert empfindlich, wenn er von Rückreflexen der eigenen Wellenlänge getroffen wird. Die Rückreflexe kommen z. B. durch externe optische Komponenten zustande. Beobachtet wird im günstigen Fall ein zunehmendes „Rauschen” der Laserintensität, im schlimmsten Fall kommt es zur Zerstörung einer Austrittsfläche, durch die die erzeugte Laserstrahlung den Halbleiterlaser verlässt, und damit ist keine Laseremission mehr möglich.
Die Austrittsfläche (Facette) wird zerstört, wenn sie lokal so heiß wird, dass das Material im Facettenbereich sich zersetzt und schmilzt. Bei GaAs (Galliumarsenid) liegt beispielsweise der Schmelzpunkt bei 1238°C, thermische Veränderungen setzen bereits ab ca. 300°C ein. D. h., es muss zunächst eine kritische Temperatur überschritten werden, die im Bereich von etwa 300°C bis etwa 1238°C liegt, bevor die Facette geschädigt wird. Durch die thermischen Veränderungen des Materials im Facettenbereich ab 300°C findet dort besonders stark Absorption statt und es wird innerhalb sehr kurzer Zeit (< 1 μs) die Schmelztemperatur erreicht.
Literatur:

a) R. Schatz, C. G. Bethea, „Steady state model for facet heating leading to thermal runaway in semiconductor lasers", J. Appl. Phys. 76 (4), 1994, pp 2509
b) Ziegler et al. „Physical limits of semiconductor laser Operation: A time-resolved analysis of catastrophic optical damage" Applied Physics Letters 97, 1 (2010)

Offenbarung der Erfindung
Demgemäß ist es Aufgabe der Erfindung, eine Halbleiterlaseranordnung und ein Herstellungsverfahren hierfür derart zu verbessern, dass eine kostengünstige Herstellung und ein zuverlässiger Betrieb der Halbleiterlaseranordnung gegeben sind und die vorstehend genannten Nachteile vermieden werden.
Diese Aufgabe wird bei einer Halbleiterlaseranordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens ein von der Austrittsfläche verschiedener Bereich einer Oberfläche des Halbleiterlasers und/oder der Halbleiterlaseranordnung reflektierend ausgebildet ist für Strahlung mindestens eines vorgebbaren Wellenlängenbereichs, insbesondere für die Laserstrahlung.
Untersuchungen der Anmelderin zufolge ergibt sich dadurch vorteilhaft eine wesentliche Verringerung von in die Halbleiterlaseranordnung eingestrahlter Strahlungsenergie, die beispielsweise aus reflektierter Laserstrahlung oder sonstiger Strahlung aus dem Umfeld der Halbleiterlaseranordnung bestehen kann. Besonders vorteilhaft wird durch die reflektierende Ausbildung gemäß der vorliegenden Erfindung wirksam verhindert, dass derartige, unerwünschte Strahlung direkt in den Halbleiterlaser eingestrahlt wird, wo sie den Betrieb des Halbleiterlasers stören kann.
Alternativ oder ergänzend zu einer Reflektivität für die Wellenlängen der erzeugten Laserstrahlung kann auch vorgesehen sein, den reflektierenden Bereich für andere Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereiche als die der selbst erzeugten Laserstrahlung reflektierend auszulegen. Dies kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn die Halbleiterlaseranordnung in einem Zielsystem verwendet wird, das ebenfalls störende Strahlung (z. B. aus dem Infrarotbereich) auf den Halbleiterlaser aussenden könnte. Eine breitbandig reflektierende Ausbildung ist ebenfalls denkbar. Ferner ist es denkbar, reflektierende Oberflächenbereiche vorzusehen, die jeweils in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen arbeiten, wobei die Wellenlängenbereiche auch nicht zueinander benachbart sein müssen.
Besonders bevorzugt reicht der Wellenlängenbereich, für den der mindestens eine Oberflächenbereich reflektierend ausgebildet ist, einer Ausführungsform zufolge von etwa 200 Nanometer bis etwa 1800 Nanometer, insbesondere von etwa 800 Nanometer bis etwa 1080 Nanometer. Weitere Ausführungsformen weisen mindestens einen reflektierenden Oberflächenbereich auf, der für mindestens eine der folgenden Wellenlängen reflektierend ausgebildet ist: 808 nm, 880 nm, 946 nm, 1030 nm, 1064 nm, 1080 nm.
Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung ist vorgesehen, dass eine Reflektivität des mindestens einen reflektierenden Bereichs größer etwa 50 Prozent ist, vorzugsweise größer etwa 90 Prozent.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung ist vorgesehen, dass ein zu der Austrittsfläche benachbart angeordneter Bereich der Oberfläche des Halbleiterlasers und/oder der Halbleiterlaseranordnung reflektierend ausgebildet ist. Dadurch wird vorteilhaft ein Wärmeeintrag im Bereich der Austrittsfläche des Halbleiterlasers durch aus der Umgebung in den Halbleiterlaser beziehungsweise die Halbleiterlaseranordnung eintretende Strahlung vermindert, so dass die Betriebstemperatur der Austrittsfläche des Halbleiterlasers im Vergleich zu konventionellen Systemen auf geringeren Werten gehalten werden kann. Besonders bei Halbleiterlasern mit hoher Ausgangsleistung wird dadurch vorteilhaft das Risiko vermindert, dass thermische Defekte im Bereich der Austrittsfläche, also der Laserfacettte, des Halbleiterlasers entstehen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Stirnseite einer Substratschicht des Halbleiterlasers reflektierend ausgebildet ist, wodurch ein besonders effektiver Schutz der Halbleiterlaseranordnung vor der unerwünschten Einbringung von Strahlung in die Halbleiteranordnung gegeben ist. Diese Erfindungsvariante ist besonders effizient anwendbar bei Halbleiterlaseranordnungen, die kantenemittierende Halbleiterlaser aufweisen, bei denen sich die Austrittsfläche der Laserstrahlung mithin ebenfalls auf der Stirnseite der Halbleiterlaseranordnung befindet.
Eine fertigungstechnisch besonders wenig aufwendige Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der mindestens eine Bereich eine metallische und/oder dielektrische Reflektorschicht aufweist. Eine derartige Reflektorschicht kann vorteilhaft weitestgehend unter Verwendung konventioneller, wohlerprobter Halbleiterfertigungsverfahren hergestellt beziehungsweise auf die Halbleiterlaseranordnung aufgebracht werden. Die Kombination von metallischen und dielektrischen Reflektorschichten ist ebenfalls denkbar.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Reflektorschicht aus Metall ist, insbesondere aus Gold, und dass eine Dicke der Reflektorschicht größer als etwa 40 Nanometer ist, vorzugsweise größer als etwa 80 Nanometer. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass eine derartige Schichtdicke für die Reflektorschicht eine besonders effiziente Reflexion unerwünschter Strahlung bewirkt. Beispielsweise kann eine aus Gold bestehende metallische Reflektorschicht mit einer Schichtdicke von etwa 50 Nanometer bereits etwa 97% der Strahlungsenergie der unerwünschten Strahlung reflektieren (bezogen auf eine Wellenlänge der zu reflektierenden Strahlung von etwa 808 Nanometer).
Besonders vorteilhaft können jedoch auch größere Schichtdicken für die metallische Reflektorschicht eingesetzt werden, so dass zusätzlich zu der Reflektorfunktion auch eine verbesserte Wärmeleitung im Bereich der Reflektorschicht gegeben ist. Dadurch kann ein unerwünschter Wärmeeintrag in den Bereich der Austrittsfläche des Halbleiterlasers weiter vermindert werden, weil die Wärme vorteilhaft über die metallische Reflektorschicht abgeleitet wird.
Besonders vorteilhaft wird die erfindungsgemäße Reflektorschicht möglichst nahe an den Bereich der Austrittsfläche gebracht, damit eine möglichst geringe, unerwünschter Strahlung ausgesetzte, Oberfläche der Halbleiterlaseranordnung verbleibt. Allerdings sollte die Austrittsfläche des Halbleiterlasers nicht mit der metallischen und/oder dielektrischen Reflektorschicht beaufschlagt werden, um die Strahlqualität der erzeugten Laserstrahlung nicht zu beeinträchtigen.
Alternativ oder ergänzend zu der Verwendung von Gold zur Ausbildung metallischer Reflektorschichten können auch andere geeignete Metalle wie beispielsweise Silber, Aluminium oder dergleichen verwendet werden. Kombinationen mit einer Ti(Titan)-Schicht und/oder einer Pt(Platin)-Schicht sind ebenfalls denkbar. Die Herstellung dielektrischer Reflektorschichten erfolgt in an sich bekannter Weise z. B. durch Aufbringen von Braggspiegeln, die beispielsweise unter Verwendung von Silizium- oder Titanverbindungen herstellbar sind, insbesondere unter Verwendung von Silizium, Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Titanoxid, Tantaloxid, oder anderen bekannten Dielektrika. Eine Kombination der vorstehend genannten Materialien ist ebenfalls verwendbar.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Halbleiterlaser mittels einer Lotschicht auf einem Trägerelement angeordnet ist, und dass ein Abstand der Lotschicht von der Austrittsfläche kleiner 20 μm (Mikrometer) ist, vorzugsweise kleiner 10 μm. Diese Erfindungsvariante stellt eine weitere vorteilhafte Maßnahme zur verbesserten Wärmeableitung aus dem Bereich der Austrittsfläche des Halbleiterlasers dar. Besonders bevorzugt ist die Lotschicht, die den Halbleiterlaser mit dem Trägerelement verbindet, so auszubilden, dass eine maximale Benetzung des Halbleiterlasers erfolgt. In diesem Fall kann eine größtmögliche Wärmeableitung aus dem Bereich der Austrittsfläche des Halbleiterlasers realisiert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass zwischen einer mindestens eine aktive Zone aufweisenden Laserschicht und einer Substratschicht des Halbleiterlasers eine Zwischenschicht angeordnet ist, die zumindest teilweise transparent ausgebildet ist für Strahlung eines vorgebbaren Wellenlängenbereichs, insbesondere die Laserstrahlung.
Die transparente Zwischenschicht ermöglicht vorteilhaft eine Weiterleitung von an sich unerwünschter, auf die Halbleiterlaseranordnung einfallender Strahlung, so dass diese Strahlung mittels der Zwischenschicht vorteilhaft von dem Bereich der Austrittsfläche des Halbleiterlasers weggeleitet wird, beispielsweise in weiter innen liegende Bereiche der Halbleiterlaseranordnung. Dadurch ist wiederum vorteilhaft gewährleistet, dass die unerwünschte Strahlung, die auf die Halbleiterlaseranordnung trifft, nicht direkt in einem Bereich des Substrats in Wärme umgewandelt wird, der direkt benachbart zu der Austrittsfläche des Halbleiterlasers angeordnet ist.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Zwischenschicht besteht darin, dass die Zwischenschicht beziehungsweise ihre Stirnfläche in dem Stapelaufbau umfassend den Halbleiterlaser, die Zwischenschicht und die Subtstratschicht gleichsam einen Puffer darstellt für das Aufbringen der metallischen Reflektorschicht beziehungsweise der dielektrischen Reflektorschicht. Aufgrund des Vorhandenseins der Zwischenschicht zwischen dem Halbleiterlaser und der Substratschicht kann nämlich das Aufbringen der Reflektorschicht auf die Substratschicht derart erfolgen, dass die Reflektorschicht zumindest teilweise eine Stirnfläche der Zwischenschicht überlappt, wodurch eine größtmögliche Bedeckung der Substratoberfläche mit der Reflektorschicht gewährleistet ist. Gleichzeitig kann der freibleibende Bereich der Stirnfläche der Zwischenschicht die Weiterleitung einfallender Strahlung bewerkstelligen. Je nach Dicke der Zwischenschicht bietet diese vorteilhaft einen Toleranzausgleich für die Genauigkeit bei dem Aufbringen der Reflektorschicht, weil das Bedecken der Stirnfläche der Zwischenschicht tolerierbar ist, wohingegen ein Bedecken der Austrittsfläche des Halbleiterlasers unbedingt zu vermeiden ist.
Eine beispielsweise für 808 Nanometer Wellenlänge aufweisende Strahlung transparente Zwischenschicht lässt sich beispielsweise unter Verwendung von Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs) bewerkstelligen, wobei der Aluminiumanteil > 0,3 beträgt.
Besonders vorteilhaft kann die Zwischenschicht einer weiteren Ausführungsform zufolge auch als Wellenleiterschicht ausgebildet sein, wodurch sich eine noch effizientere Weiterleitung von auf die Halbleiterlaseranordnung einfallender Strahlung weg von einem Oberflächenbereich der Austrittsfläche ergibt. Eine Wellenleiterschicht kann in an sich bekannter Weise z. B. dadurch ausgebildet werden, dass die Zwischenschicht ihrerseits einen Schichtaufbau aus zwei Teilschichten aufweist, die jeweils einen anderen Brechungsindex aufweisen, wobei die weiterzuleitende Strahlung in der Teilschicht mit dem höheren Brechungsindex geführt wird.
Ebenso wie die Zwischenschicht ist die dielektrische Reflektorschicht bevorzugt so auszubilden, dass sie an die zu transmittierenden beziehungsweise reflektierenden Wellenlängen angepasst ist, wohingegen die metallische Reflektorschicht in an sich bekannter Weise verhältnismäßig breitbandig, d. h. für große Wellenlängenbereiche, reflektierend ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens ein reflektierender Bereich der Halbleiterlaseranordnung dadurch gebildet ist, dass ein Reflektorelement an der Halbleiterlaseranordnung vorgesehen ist. Alternativ oder ergänzend zu dem Aufbringen einer reflektierenden Schicht z. B. mittels Sputtern direkt auf einer Oberfläche der Halbleiterlaseranordnung kann so ebenfalls ein reflektierender Oberflächenbereich realisiert werden. Das Reflektorelement kann beispielsweise eine Metallfolie oder einen sonstigen Formkörper aus Metall oder einem die unerwünschte Strahlung gut reflektierenden Material aufweisen und so an der Halbleiterlaseranordnung angeordnet und mit dieser verbunden werden, dass die Halbleiterlaseranordnung dem erfindungsgemäßen Prinzip folgend vor unerwünschter Strahlung geschützt wird. Das Reflektorelement dient somit gleichsam dazu, die Halbleiterlaseranordnung vor der unerwünschten Strahlung abzuschatten.
Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren gemäß Patentanspruch 13 angegeben. Das Verfahren ist gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Bereitstellen mindestens eines Halbleiterlasers, Abdecken der Austrittsfläche des mindestens einen Halbleiterlasers mit einer Schutzmaske, Aufbringen einer für die Laserstrahlung reflektierenden Reflektorschicht auf mindestens einem von der Austrittsfläche verschiedenen Bereich eines Halbleiterlasers und/oder der Halbleiterlaseranordnung, Entfernen der Schutzmaske.
Die erfindungsgemäße Vorsehung einer Schutzmaske ermöglicht die Verwendung von besonders effizienten Fertigungstechniken zur Aufbringung von Reflektorschichten wie beispielsweise Sputtern, während gleichzeitig ein größtmöglicher Schutz der empfindlichen Austrittsfläche des Halbleiterlasers vor den bei dem Sputtern aufgebrachten Goldionen gegeben ist.
Bei einer besonders bevorzugten Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass das Abdecken dadurch erfolgt, dass der mindestens eine Halbleiterlaser auf einem die Schutzmaske bildenden Trägerelement angeordet und so relativ zu dem Trägerelement ausgerichtet wird, dass die Austrittsfläche durch einen Abschnitt des Trägerelements abgedeckt wird. Das Trägerelement kann beispielsweise wannenförmig oder L-förmig ausgebildet sein, wobei ein Schenkel der Struktur des Trägerelements als Schutzmaske für die Austrittsfläche eines Halbleiterlasers verwendbar ist.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination der Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung beziehungsweise Darstellung in der Beschreibung beziehungsweise in der Zeichnung.
In der Zeichung zeigt:
1a schematisch eine Seitenansicht einer Halbleiterlaseranordnung gemäß dem Stand der Technik,
1b eine Detailansicht der Halbleiterlaseranordnung aus 1a mit Kennzeichnung von Wärmequellen darstellenden Bereichen,
2 schematisch eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Halbleiterlaseranordnung,
3 bis 5 jeweils weitere Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Lasereinrichtung,
6a eine Seitenansicht mehrerer erfindungsgemäßer Halbleiterlaseranordnungen während eines Fertigungsschritts gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
6b schematisch eine Detailansicht der Konfiguration aus 6a,
7 schematisch eine Seitenansicht einer Konfiguration mehrerer Halbleiterlaser während eines Fertigungsschritts gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
8 schematisch eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Halbleiterlaseranordnung,
9 schematisch eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Halbleiterlaseranordnung, und
10 schematisch eine Seitenansicht noch einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Halbleiterlaseranordnung.
1a zeigt schematisch eine Seitenansicht einer Halbleiterlaseranordnung 100' gemäß dem Stand der Technik. Die Halbleiterlaseranordnung 100' weist ein Substrat 116 (z. B. aus Galliumarsenid, GaAs) sowie eine Laserschicht 118 auf, die beispielsweise als Epitaxieschicht ausgebildet sein kann und in dem Fachmann bekannter Weise mindestens eine nicht abgebildete Wellenleiterschicht zur Führung erzeugter Laserstrahlung und eine oder mehrere aktive Zonen aufweist. Die aktiven Zonen können beispielsweise durch Quantenfilme gebildet sein. Der Schichtaufbau 116, 118 wird nachfolgend als Halbleiterlaser 110 bezeichnet.
Der Halbleiterlaser 110, der vorliegend als Kantenemitter ausgebildet ist, erzeugt Laserstrahlung L, die wie aus 1a ersichtlich durch die stirnseitige Austrittsfläche 112 abgestrahlt wird. An in der Umgebung der Halbleiterlaseranordnung 100' befindlichen Objekten 400 wird beispielsweise ein Teil der Laserstrahlung L reflektiert und trifft als reflektierte Laserstrahlung RL erneut auf die Halbleiterlaseranordnung 100', was zu einer unerwünschten Wechselwirkung der reflektierten Laserstrahlung RL mit der Halbleiterlaseranordnung 100' führt. Die unerwünschte Wechselwirkung umfasst u. a. die Absorption der eingestrahlten reflektierten Strahlung RL in der Halbleiterlaseranordnung 100', insbesondere im Substrat 116, und eine damit einhergehende Erwärmung der bestrahlten Bereiche der Halbleiterlaseranordnung 100'.
Die Erwärmung des Substrats 116 fällt dann besonders stark aus, wenn ein solches Substrat 116 verwendet wird, das aufgrund der spektralen Lage seiner Bandlücke die von der Halbleiterlaseranordnung 100' erzeugte Laserstrahlung L, RL absorbiert. Mit anderen Worten ist die Erwärmung des Substrats 116 dann besonders stark, wenn die der Bandlücke entsprechende Wellenlänge größer als die Wellenlänge der Laserstrahlung L, RL ist. In diesem Fall wird die reflektierte Laserstrahlung RL nach Eintritt in das Substrat 116 bereits nach geringer Eindringtiefe vollständig absorbiert, so dass an der Substratoberfläche lokalisierte Wärme entsteht, die zu einer Erwärmung der Austrittsfläche 112 der Halbleiterlaseranordnung 100' beitragen kann. So beträgt beispielsweise die Bandlücke von GaAs 1.42 eV, wobei die der Bandlücke entsprechende Wellenlänge in diesem Fall 870 nm ist. Dementsprechend wird in GaAs Laserstrahlung L, RL mit Wellenlängen kleiner als 870 nm absorbiert, wie es insbesondere bei der weit verbreiteten Laserwellenlänge 808 nm der Fall ist.
1b zeigt eine Detailansicht der Halbleiterlaseranordnung aus 1a mit besonderer Kennzeichnung von Wärmequellen darstellenden Bereichen W1, W2, W3, die nachteilig zum Aufheizen der Austrittsfläche 112 beitragen. Mindestens drei signifikante Wärmequellen W1, W2, W3 gibt es im Bereich der Austrittsfläche 112:

1. Strom für den Betrieb des Halbleiterlasers 110 und hierdurch erzeugte Strahlung, insbesondere Laserstrahlung, heizen die Laserschicht 118 auf, vgl. Bereich W1. Durch Wärmediffusion erwärmt sich auch die Austrittsfläche 112.
2. Ein kleiner Teil des austretenden Lichtes L wird an der Halbleiter-Grenzfläche (Austrittsfläche 112) absorbiert. Insbesondere an Stellen mit lokal hohen Intensitäten kann dies die Temperatur der Austrittsfläche 112 signifikant erhöhen, vgl. Bereich W2.
3. Das rückreflektierte Licht RL wird im Substrat 116 absorbiert. Bei einer Ausbildung des Substrats 116 aus GaAs und einer Wellenlänge der Strahlung RL von 808 nm (Nanometer) ist die Absorption besonders stark. Da die Absorption überwiegend innerhalb der ersten Mikrometer entlang der Einstrahlungsrichtung stattfindet, vgl. Bereich W3, heizt sich die der Strahlung RL ausgesetzte Substratoberfläche auch bei geringen Lichtleistungen signifikant auf. Durch Wärmediffusion erwärmt sich schließlich auch die Austrittsfläche 112.

Die Summe der Wärmeeinträge aus den Bereichen W1, W2, W3 kann die Temperatur an der Austrittsfläche 112 in einen kritischen Bereich treiben. Aufgabe der Erfindung ist es, insbesondere den Wärmeeintrag an der Substratoberfläche zu reduzieren.
Zur Vermeidung der vorstehend genannten Nachteile ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass mindestens ein von der Austrittsfläche 112 verschiedener Bereich der Oberfläche des Halbleiterlasers 110 und/oder der Halbleiterlaseranordnung 100 reflektierend ausgebildet ist für die Laserstrahlung L beziehungsweise RL. Auf diese Weise kann vorteilhaft vermieden werden, dass ein Wärmeeintrag in die Halbleiterlaseranordnung 100 durch die Strahlung L, RL erfolgt, vgl. insbesondere Bereich W3 aus 1b.
2 zeigt hierzu schematisch eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halbleiterlaseranordnung 100. Der Schichtaufbau des Halbleiterlasers 110 entspricht demjenigen des bekannten Systems 100' aus 1.
Im Unterschied zu dem konventionellen System 100' weist die Halbleiterlaseranordnung 100 gemäß 2 jedoch eine Reflektorschicht 116' auf, die einen Oberflächenbereich 114a der Oberfläche 114 der Halbleiterlaseranordnung 100 bedeckt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist im Wesentlichen die gesamte Stirnfläche 114a des Substrats 116 der Halbleiterlaseranordnung 100 mit der reflektierenden Schicht 116' bedeckt, so dass einfallende Strahlung, bei der es sich wiederum um reflektierte Laserstrahlung RL handeln kann, vorteilhaft reflektiert wird, vergleiche das Bezugszeichen RL'. Durch die reflektierende Schicht 116' kann damit vorteilhaft vermieden werden, dass reflektierte Strahlung RL oder sonstige, auf die Halbleiterlaseranordnung 100 auftreffende Strahlung zu ihrer Erwärmung beiträgt. Dadurch ist ein zuverlässigerer Betrieb der Halbleiterlaseranordnung 100 gewährleistet.
Alternativ oder ergänzend zu einer Reflektivität für die Wellenlängen der erzeugten Laserstrahlung L kann auch vorgesehen sein, den reflektierenden Bereich 116' für andere Wellenlängen als die der selbst erzeugten Laserstrahlung L reflektierend auszulegen. Dies kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn die Halbleiterlaseranordnung 100 in einem Zielsystem verwendet wird, das ebenfalls störende Strahlung (z. B. aus dem Infrarotbereich) auf den Halbleiterlaser 110 aussenden könnte. Eine breitbandig reflektierende Ausbildung ist ebenfalls denkbar.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Halbleiterlaser 110 über eine Lotschicht 122 mit einem Trägerelement 120 verbunden.
Vorteilhaft kann auf der Laserschicht 118 eine Metallisierung (nicht gezeigt) aufgebracht sein, um eine stoffschlüssige Verbindung zu der Lotschicht 122 zu ermöglichen. Eine in 2 vertikale Schichtdicke dieser Metallisierungsschicht ist bevorzugt verhältnismäßig groß ausgebildet, um zu einer effizienten Wärmeableitung aus dem Bereich der Austrittsfläche 112 beizutragen. Die Schichtdicke der Metallisierungsschicht beträgt einer vorteilhaften Ausführungsform zufolge zwischen etwa 0,1 μm und etwa 2,0 μm, insbesondere zwischen etwa 0,3 μm und etwa 1,0 μm.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform 100a der erfindungsgemäßen Halbleiterlaseranordnung, wobei nur ein Endbereich der Stapelanordnung vergrößert abgebildet ist.
Erfindungsgemäß ist bei dieser Ausführungsform 110a die Lotschicht 122 so zwischen dem Trägerelement 120 und der Laserschicht 118 aufgebracht beziehungsweise angeordnet, dass der Abstand d1 zwischen der Lotschicht 122 und dem stirnseitigen Ende 118a der Laserschicht 118, das die Austrittsfläche 112 aufweist, kleiner ist als etwa 20 μm, vorzugweise kleiner als etwa 10 μm.
Durch diese im Wesentlichen vollständige Benetzung der Unterseite der Laserschicht 118 mit der Lotschicht 122 ergibt sich vorteilhaft eine optimierte Wärmeableitung aus dem in 3 rechten Endbereich 118a der Laserschicht 118, so dass die Austrittsfläche 112 vor unnötig hohen Betriebstemperaturen geschützt wird.
Die vorstehend beschriebene Ausbildung der Lotschicht 122 trägt somit ergänzend zu der Vorsehung der reflektierenden Schicht 116' zur Temperierung des Halbleiterlasers 110 bei. Insbesondere wird Wärme effizient aus dem Bereich der Austrittsfläche 112 des Halbleiterlasers 110 abgeleitet, so dass die Gefahr von thermisch bedingten Defekten der Austrittsfläche 112 minimiert wird.
Die reflektierende Schicht 116' kann einer bevorzugten Ausführungsform zufolge als metallische Schicht ausgebildet sein und beispielsweise eine Goldschicht umfassen. Die Verwendung anderer Metalle wie beispielsweise Silber oder Aluminium ist ebenfalls denkbar. Die metallische Reflektorschicht 116' wird bevorzugt mittels Sputtern auf die entsprechenden Flächen 114a (2) der Halbleiterlaseranordnung 100, 100a aufgebracht und realisiert eine verhältnismäßig breitbandige Reflektorwirkung. D. h., es werden große Wellenlängenbereiche einfallender Strahlung effizient reflektiert.
Untersuchungen der Anmelderin zufolge ergibt sich eine effiziente Reflexion einfallender Strahlung RL auf die reflektierende Schicht 116 bereits bei Schichtdicken von etwa 40 Nanometern (Reflektorschicht aus Gold, reflektierte Strahlung RL' mit einer Wellenlänge von etwa 808 Nanometern).
Bei einer weiteren Ausführungsform können Wärmeleitmittel 122a auch auf einer von der Laserschicht 118 abgewandten Seite des Substrats 116 vorgesehen sein, um eine noch effizientere Kühlung insbesondere der Austrittsfläche 112 zu bewirken. Die Wärmeleitmittel 122a können beispielsweise als Lotschicht ausgebildet sein oder als auf das Substrat 116 aufgebrachte Metallisierung. Besonders bevorzugt sind die Wärmeleitmittel 122a so relativ zu einer Stirnseite der Anordnung 100 angeordnet, dass ein Abstand d1' zwischen den Wärmeleitmitteln 122a und der die Austrittsfläche 112 aufweisenden Stirnfläche kleiner gleich etwa 50 μm beträgt, insbesondere weniger als 20 μm.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, vergleiche 4, weist die Halbleiterlaseranordnung 100b eine metallische Reflektorschicht 116'' mit gegenüber der Ausführungsform gemäß 3 gesteigerter Schichtdicke d2 auf. Die Schichtdicke d2 beträgt bei dieser Ausführungsform vorteilhaft etwa 80 Nanometer oder mehr. Dadurch ist neben der effizienten Reflexion von einfallender Strahlung RL gleichzeitig vorteilhaft eine optimierte Wärmeableitung über der Stirnfläche des Substrats 116 gegeben. Insbesondere kann auf diese Weise Wärmeenergie effizient aus dem Bereich der Austrittsfläche 112 des Halbleiterlasers 110 abgeleitet werden.
Obwohl bevorzugt die Stirnfläche des Subtstrats 116 mit einer metallischen Reflektorschicht 116', 116'' beaufschlagt wird, kann das erfindungsgemäße Prinzip der reflektierenden Schicht auch auf andere Oberflächenbereiche der Halbleiterlaseranordnung 100, 100a, 100b angewandt werden. Besonders bevorzugt werden alle Oberflächenbereiche der Halbleiterlaseranordnung mit einer erfindungsgemäß reflektierenden Schicht versehen, die während des Betriebs des Halbleiterlasers 110 durch unerwünschte Strahlungsenergie beaufschlagt werden könnten, sei es die selbst erzeugte Laserstrahlung L oder fremderzeugte Strahlung.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform 100c einer erfindungsgemäßen Halbleiterlaseranordnung, bei der der Schichtaufbau des Halbleiterlasers 110 gegenüber den vorstehend unter Bezugnahme auf 2 bis 4 beschriebenen Ausführungsformen eine weitere Schicht, nämlich die Zwischenschicht 117, aufweist.
Die Zwischenschicht 117 ist wie aus 5 ersichtlich zwischen der Laserschicht 118 und dem Substrat 116 angeordnet. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Zwischenschicht 117 für die Wellenlängen der unerwünschten einfallenden Strahlung RL, insbesondere auch für die Wellenlänge der von dem Halbleiterlaser 110 erzeugten Laserstrahlung L, transparent ausgebildet. Dadurch wird vorteilhaft vermieden, dass die einfallende Strahlung RL direkt im Bereich der Stirnfläche 117a der Zwischenschicht 117 absorbiert und in Wärme umgewandelt wird, mithin einen Wärmeeintrag direkt im Bereich der Austrittsfläche 112 des Halbleiterlasers 110 bewirkt.
Durch die lichtleitende Eigenschaft der Zwischenschicht 117 ist vorteilhaft gewährleistet, dass auf die Stirnseite 117a der Zwischenschicht 117 einfallende Strahlung RL zumindest teilweise aus dem stirnseitigen Endbereich der Zwischenschicht 117 weitergeleitet wird, so dass dieser Anteil der weitergeleiteten Strahlung nicht mehr zur Erwärmung der Austrittsfläche 112 des Halbleiterlasers 110 beitragen kann.
Zusätzlich zu der Lichtleitfunktion der Zwischenschicht 117 bietet diese den weiteren Vorteil, dass eine geringere Fertigungstoleranz bei dem Aufbringen der reflektierenden Schicht 116'' auf die Halbleiterlaseranordnung 100 einzuhalten ist. Die Fertigungstoleranzen für die Aufbringung der reflektierenden Schicht 116'' können nämlich so gewählt werden, dass die reflektierende Schicht 116'' die Stirnfläche 117a der Zwischenschicht 117 zumindest teilweise, vorliegend mit einem Überlappungsmaß d3, überlappt. Dadurch ist sichergestellt, dass eine größtmögliche stirnseitige Oberfläche der Halbleiterlaseranordnung 110 mit der reflektierenden Schicht 116'' beaufschlagt wird, ohne dass gleichzeitig die Gefahr besteht, dass ein Anteil der Austrittsfläche 112 des Halbleiterlasers 110 mit der reflektierenden Schicht 116'' beaufschlagt wird.
Die Zwischenschicht 117 dient mithin als Pufferschicht, die es ermöglicht, für die Fertigung der reflektierenden Schicht 116'' geringere Fertigungstoleranzen anzusetzen.
Die Zwischenschicht 117 weist bevorzugt eine Schichtdicke d3' von etwa 0,5 μm bis etwa 10 μm auf.
Um die Zwischenschicht 117 für die Wellenlängen der unerwünschten Strahlung RL transparent auszubilden, kann die Zwischenschicht 117 beispielsweise aus Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs) ausgebildet werden, wobei ein Aluminiumanteil von etwa 0,3 oder größer vorgesehen ist.
Wie bereits mehrfach beschrieben, erfolgt die Aufbringung der reflektierenden Schicht 116'' so, dass ein in 5 unteres Ende der reflektierenden Schicht 116'' in dem Bereich 117a der Zwischenschicht 117 liegt.
Besonders vorteilhaft kann die Zwischenschicht 117 einer weiteren Ausführungsform zufolge auch als Wellenleiterschicht ausgebildet sein, wodurch sich eine noch effizientere Weiterleitung von auf die Halbleiterlaseranordnung 100 einfallender Strahlung RL weg von einem Oberflächenbereich der Austrittsfläche 112 ergibt. Eine Wellenleiterschicht kann in an sich bekannter Weise z. B. dadurch ausgebildet werden, dass die Zwischenschicht 117 ihrerseits einen Schichtaufbau aus zwei Teilschichten aufweist, die jeweils einen anderen Brechungsindex aufweisen, wobei die weiterzuleitende Strahlung RL in der Teilschicht mit dem höheren Brechungsindex geführt wird. Der Schichtaufbau der Zwischenschicht 117 kann vorteilhaft auch so ausgebildet sein, dass diese zusammen mit der Laserschicht 118 die beschriebene Wellenleiterwirkung für die unerwünschte Strahlung RL realisiert, die Strahlung RL mithin durch den Schichtaufbau 117, 118 von der Austrittsfläche 112 weg, d. h. in weiter innen liegende Bereiche der Halbleiterlaseranordnung 100, geführt wird.
6a zeigt schematisch eine Seitenansicht einer Anordnung mehrerer Halbleiterlaser 110a, 110b, 110c, wie sie sich während einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fertigungsverfahrens ergibt. Zum Aufbringen der reflektierenden Schicht 116', vorliegend einer Gold-Reflektorschicht, werden die mehreren Halbleiterlaser 110a, 110b, 110c wie aus 6a ersichtlich übereinander gestapelt, wobei jeder Halbleiterlaser 110a, 110b, 110c auf einem Trägerelement 200 angeordnet ist, das vorliegend im Wesentlichen wannenförmig beziehungsweise L-förmig ausgebildet ist.
Der in dem in 6a rechten Endbereich des Trägerelements 200 angeordnete, sich in 6a vertikal nach oben erstreckende Schenkel des Trägerelements 200 realisiert vorteilhaft eine Schutzmaske für die in 6a nicht näher bezeichnete Austrittsfläche der Laserschicht 118 der Halbleiterlaser 110a, 110b, 110c. Dadurch können bei einem Sputterprozess zum Aufbringen der Gold-Reflektorschicht 116' keine Goldionen direkt auf der Austrittsfläche 112 der Laserschicht 118 deponiert werden. Die von einer geeigneten Materialquelle stammenden Goldionen G schlagen sich – neben dem eigentlich zu beschichtnden Oberflächenbereich 114a (2) des Substrats 116 – vielmehr auf der in 6a rechten Stirnseite 200' der Trägerelemente 200 nieder.
Die Trägerelemente 200 können mehrfach verwendet werden und werden nach dem Aufbringen der Reflektorschicht 116' auf die Halbleiterlaser 110a, 110b, 110c wieder von diesen getrennt. Anschließend können die Halbleiterlaser 110a, 110b, 110c in ein Zielsystem eingebaut werden.
6b zeigt schematisch einen in 6a rechten Endbereich der Trägerelemente 200. Der in dem Endbereich 200a liegende, in 6b vertikal nach oben ragende Schenkel des Trägerelements 200 weist bevorzugt einen Hinterschnitt 200a' auf, der so ausgebildet ist, dass bei dem Zusammenfügen des Halbleiterlasers 110a mit dem Trägerelement 200 der Schenkel 200a des Trägerelements nicht in Kontakt tritt mit der Austrittsfläche 112 der Laserschicht 118. Der Schenkel 200a des Trägerelements 200 ist dementsprechend lang auszulegen. Unter Verwendung der in 6b abgebildeten Konfiguration kann ein Halbleiterlaser 110a für den Prozessschritt des Sputterns vorteilhaft präzise auf dem Trägerelement 200 positoniert werden, ohne dass die Austrittsfläche 112 für die Laserstrahlung L beschädigt wird.
7 zeigt eine weitere Konfiguration, wie sie bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren während des Schritts der Herstellung der metallischen Reflektorschicht 116', 116'' auftreten kann.
Die Halbleiterlaser 110a, 110b, 110c sind zusammen mit vorliegend etwa kubisch ausgebildeten Trägerelementen 202 an einem in 7 links angeordneten Anschlag 204 angeschlagen. Die Abmessungen der Trägerelemente 202 sind so auf die Abmessungen der Halbleiterlaser 110a, 110b, 110c abgestimmt, dass bei einer unter einem nichthorizontalen Winkel erfolgenden Beaufschlagung mit Goldionen G die Austrittsflächen 112 der einzelnen Halbleiterlaser 110a, 110b, 110c vorteilhaft durch entsprechende Ecken der Trägerelemente 202 abgeschattet werden, so dass wiederum jede Austrittsfläche 112 vor einer direkten Beaufschlagung mit Goldionen G geschützt ist.
8 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform 100d der erfindungsgemäßen Halbleiterlaseranordnung.
Zusätzlich zu der erfindungsgemäßen Reflektorschicht 116' ist eine dielektrische Auskoppelschicht 118' mit einer Schichtdicke d4 vorgesehen. Die Auskoppelschicht 118' ermöglicht ein effizienteres Auskoppeln der Laserstrahlung L aus der Laserschicht 118 und wird aus fertigungstechnischen Gesichtspunkten bevorzugt vollflächig über die Stirnseite sowohl der Laserschicht 118 als auch des Substrats 116 aufgebracht. Die erfindungsgemäße metallische Reflektorschicht 116' wird bei der in 8 abgebildeten bevorzugten Ausführungsform auf die dielektrische Schicht 118' aufgebracht.
Es sind auch Ausführungsformen denkbar, bei denen die Reflektorschicht 116' zunächst auf die stirnseitigen Bereiche der Halbleiterlaseranordnung 100d aufgebracht werden, und wobei erst danach eine dielektrische Schicht 118' auf die Stirnflächen der Komponenten 116, 118 aufgebracht wird.
Neben der Ausbildung der reflektierenden Schicht 116', 116'' als metallische Reflektorschicht kann auch eine dielektrische Reflektorschicht vorgesehen sein. Beispielsweise kann die dielektrische Reflektorschicht einen oder mehreren Braggspiegel aus den Materialien SiOx, SiNx, TiOx oder einer Kombination hieraus aufweisen. Die Braggspiegel sind in an sich bekannter Weise auf die Wellenlängen der zu reflektierenden Strahlung RL ausgelegt.
Generell kann durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips die Einkopplung unerwünschter Strahlung in die Halbleiterlaseranordnung 100 verhindert werden, so dass sich eine geringere Erwärmung insbesondere der Austrittsfläche 112 des Halbleiterlasers 110 ergibt. Dadurch sinkt vorteilhaft das Risiko thermischer Defekte im Bereich der Austrittsfläche 112.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Bandlücke des Substrats 116 der Halbleiterlaseranordnung 100 derart beschaffen ist, dass die Laserstrahlung L, RL im Substrat 116 absorbierbar ist, wobei insbesondere die der Bandlücke entsprechende Wellenlänge größer als die Wellenlänge der Laserstrahlung L, RL ist. Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass GaAs als Substrat 116 verwendet wird, wobei insbesondere die Wellenlänge der Laserstrahlung L, RL kleiner als 870 nm ist oder im Bereich von 808 nm liegt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die metallische Reflektorschicht 116' (2) eine mikrostrukturierte Oberfläche derart aufweist, dass sie einfallende Strahlung RL regelmäßig oder regellos in möglichst unterschiedliche Raumrichtungen reflektiert, wodurch vorteilhaft Mehrfachreflexionen zwischen der Halbleiterlaseranordnung 100 und anderen im Umgebungsbereich der Halbleiterlaseranordnung 100 vorgesehenen Objekten 400 (1) vermieden werden.
Die Mikrostrukturierung der reflektierenden Schicht 116' kann beispielsweise durch das Aufbringen weiterer Goldatome im Wege eines galvanischen Prozesses auf eine zunächst mittels Sputtern erzeugte Reflektorschicht 116' aus Gold erfolgen. Eine Mikrostrukturierung ist in an sich bekannter Weise auch durch Laserbeaufschlagung oder andere bekannte Bearbeitungstechniken denkbar.
Bei einer weiteren Ausführungsform 100e (9) ist vorgesehen, dass mindestens ein reflektierender Bereich der Halbleiterlaseranordnung dadurch gebildet ist, dass ein Reflektorelement 130 an der Halbleiterlaseranordnung 100e vorgesehen ist. Alternativ oder ergänzend zu dem Aufbringen einer reflektierenden Schicht 116', 116'' (3, 4) z. B. mittels Sputtern direkt auf der Oberfläche 114a der Halbleiterlaseranordnung kann so ebenfalls ein reflektierender Oberflächenbereich realisiert werden.
Das Reflektorelement 130 kann beispielsweise eine Metallfolie oder einen sonstigen Formkörper aus Metall oder einem die unerwünschte Strahlung RL gut reflektierenden Material aufweisen und so an der Halbleiterlaseranordnung 100e angeordnet und mit dieser verbunden werden, dass die Halbleiterlaseranordnung 100e dem erfindungsgemäßen Prinzip folgend vor unerwünschter Strahlung RL geschützt wird. Das Reflektorelement 130 dient somit gleichsam dazu, die Halbleiterlaseranordnung 100e vor der unerwünschten Strahlung RL abzuschatten.
Bei der Ausführungsform gemäß 9 weist das Reflektorelement 130 eine im wesentlichen L-förmige Geometrie auf, wobei es mit einem ersten Schenkel im wesentlichen parallel zu einer in 9 horizontalen Oberfläche des Substrats 116 angeordnet und mit dieser stoffschlüssig über eine Lotschicht 122a verbunden ist. Der zweite Schenkel des Reflektorelements 130 ist wie aus 9 ersichtlich so angeordnet, dass er einen wesentlichen Teil der in 9 rechten Stirnfläche des Substrats 116 verdeckt und damit vor unerwünschter Einstrahlung RL schützt, vgl. die reflektierte Strahlung RL'.
Das Reflektorelement 130 kann vorteilhaft alternativ oder ergänzend zu den vorstehend beschriebenen Reflektorschichten 116', 116'' eingesetzt werden und ebenfalls mit einer mikrostrukturierten Oberfläche versehen werden, um einfallende Strahlung RL möglichst gut zu streuen.
Alternativ oder ergänzend zu dem Reflektorelement 130 kann auch ein Abschattungselement vorgesehen sein, das in Form und Anordnung in etwa dem Reflektorelement 130 entspricht, jedoch nicht notwendig eine reflektierende Oberfläche aufweist, um die Strahlung RL zu reflektieren. Beispielsweise kann ein solches Abschattungselement die Strahlung RL auch i. w. absorbieren und dabei entstehende Wärme über den Kontakt zur Lotschicht 122a ableiten. Auf diese Weise ergibt sich ebenfalls ein wirksamer Schutz der Halbleiterlaseranordnung 100 vor der Strahlung RL, weil die Strahlung RL aufgrund des Abschattungselements nicht direkt auf eine Oberfläche der Halbleiterlaseranordnung 100 bzw. des Halbleiterlasers 110 auftreffen kann.
10 zeigt eine weitere Ausführungsform 100f der Erfindung, bei der auf der Laserschicht 118 eine Metallisierung 119 aufgebracht ist, um eine stoffschlüssige Verbindung zu der Lotschicht 122 zu ermöglichen. Eine in 10 durch den vertikalen Doppelfpeil d5 angedeutete Schichtdicke dieser Metallisierungsschicht 119 ist bevorzugt verhältnismäßig groß ausgebildet, um zu einer effizienten Wärmeableitung aus dem Bereich der Austrittsfläche 112 beizutragen. Die Schichtdicke d5 der Metallisierungsschicht 119 beträgt einer vorteilhaften Ausführungsform zufolge zwischen etwa 0,1 μm und etwa 3,0 μm, insbesondere zwischen etwa 0,3 μm und etwa 2,0 μm.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Metallisierungsschicht 119 ihrerseits einen Schichtaufbau aufweist. Eine erste Metallisierungsteilschicht 119a ist, vorzugsweise vollflächig, auf der Laserschicht 118 angeordnet. Die erste Metallisierungsteilschicht 119a erstreckt sich bevorzugt bis hin zu der Austrittsfläche 112 der Laserschicht 118.
Eine zweite Metallisierungsteilschicht 119b ist zwischen der ersten Metallisierungsteilschicht 119a und der Lotschicht 122 angeordnet und stoffschlüssig mit dieser verbunden.
Anstelle einer stoffschlüssigen Verbindung mit der Lotschicht 122 kann die Laserschicht 118 generell, also auch bei den anderen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, auch mit dem Trägerelement 120 verklemmt werden.
Die erste Metallisierungsteilschicht 119a weist vorzugsweise eine Dicke zwischen etwa 0,3 μm und etwa 2 μm auf.
Die zweite Metallisierungsteilschicht 119b weist vorzugsweise eine Dicke zwischen etwa 1 μm und 6 μm auf.
Die zweite Metallisierungsteilschicht 119b erstreckt sich vorzugsweise nicht bis hin zu der Austrittsfläche 112 der Laserschicht 118, sondern hat hierzu einen Abstand d6 von maximal etwa 30 μm oder weniger, insbesondere weniger als 10 μm.
Die Metallisierungsschicht 119 gemäß 10 ermöglicht eine weiter verbesserte Wärmeableitung aus dem Bereich der Austrittsfläche 112.
Obwohl 10 eine Benetzung der Schicht 119 mit der Lotschicht 122 bis zu dem in 10 rechten Ende der Teilschicht 119b wiedergibt, ist es bei weiteren Ausführungsformen auch möglich, die Lotschicht 122 noch weiter in Richtung der Austrittsfläche 112, d. h. in 10 nach rechts, zu erstrecken. Beispielsweise kann die Lotschicht 122 so ausgebildet und angeordnet sein, dass sie auch die Unterseite der Teilschicht 119a ganz oder teilweise benetzt, sich mithin um maximal den Abstand d6 weiter nach rechts erstreckt als in 10 abgebildet.
Bei weiteren Ausführungsformen, bei denen ein geringerer Grad der Benetzung der Schicht 119 durch die Lotschicht 122 gegeben ist, kann die Metallisierung vorteilhaft eine höhere Schichtdicke aufweisen, um eine sichere Entwärmung des Bereichs der Austrittsfläche 112 zu gewährleisten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

R. Schatz, C. G. Bethea, „Steady state model for facet heating leading to thermal runaway in semiconductor lasers”, J. Appl. Phys. 76 (4), 1994, pp 2509 [0005]
Ziegler et al. „Physical limits of semiconductor laser Operation: A time-resolved analysis of catastrophic optical damage” Applied Physics Letters 97, 1 (2010) [0005]

Claims

Halbleiterlaseranordnung (100) mit mindestens einem Halbleiterlaser (110), der dazu ausgebildet ist, Laserstrahlung (L) durch eine Austrittsfläche (112) abzugeben, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein von der Austrittsfläche (112) verschiedener Bereich (114a) einer Oberfläche (114) des Halbleiterlasers (110) und/oder der Halbleiterlaseranordnung (100) reflektierend ausgebildet ist für Strahlung (L) mindestens eines vorgebbaren Wellenlängenbereichs.
Halbleiterlaseranordnung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenlängenbereich von etwa 200 Nanometer bis etwa 1800 Nanometer reicht, insbesondere von etwa 800 Nanometer bis etwa 1080 Nanometer.
Halbleiterlaseranordnung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reflektivität des mindestens einen reflektierenden Bereichs größer etwa 50 Prozent ist, vorzugsweise größer etwa 90 Prozent.
Halbleiterlaseranordnung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zu der Austrittsfläche (112) benachbart angeordneter Bereich (114a) der Oberfläche (114) des Halbleiterlasers (110) und/oder der Halbleiterlaseranordnung (100) reflektierend ausgebildet ist.
Halbleiterlaseranordnung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stirnseite einer Substratschicht (116) des Halbleiterlasers (110) reflektierend ausgebildet ist.
Halbleiterlaseranordnung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Bereich (114a) eine metallische und/oder dielektrische Reflektorschicht (116', 116'') aufweist.
Halbleiterlaseranordnung (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorschicht (116', 116'') aus Metall ist, insbesondere aus Gold, und dass eine Dicke (d2) der Reflektorschicht (116', 116'') größer als etwa 40 Nanometer ist, vorzugsweise größer als etwa 80 Nanometer.
Halbleiterlaseranordnung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterlaser (110) mittels einer Lotschicht (122) auf einem Trägerelement (120) angeordnet ist, und dass ein Abstand (d1) der Lotschicht (122) von der Austrittsfläche (112) kleiner 20 Mikrometer ist, vorzugsweise kleiner 10 Mikrometer.
Halbleiterlaseranordnung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer mindestens eine aktive Zone aufweisenden Laserschicht (118) und einer Substratschicht (116) des Halbleiterlasers (110) eine Zwischenschicht (117) angeordnet ist, die zumindest teilweise transparent ausgebildet ist für Strahlung eines vorgebbaren Wellenlängenbereichs, insbesondere die Laserstrahlung (L, RL).
Halbleiterlaseranordnung (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (117) als Wellenleiterschicht für die Strahlung (L, RL) ausgebildet ist.
Halbleiterlaseranordnung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein reflektierender Bereich der Halbleiterlaseranordnung (100) dadurch gebildet ist, dass ein Reflektorelement (130) an der Halbleiterlaseranordnung (100) vorgesehen ist.
Halbleiterlaseranordnung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der reflektierende Bereich (116', 116') und/oder das Reflektorelement (130) eine mikrostrukturierte Oberfläche aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlaseranordnung (100) mit mindestens einem Halbleiterlaser (110), der dazu ausgebildet ist, Laserstrahlung (L) durch eine Austrittsfläche (112) abzugeben, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: – Bereitstellen (300) mindestens eines Halbleiterlasers (110a, 110b, 110c), – Abdecken (310) der Austrittsfläche (112) des mindestens einen Halbleiterlasers (110a, 110b, 110c) mit einer Schutzmaske (200, 202), – Aufbringen (320) einer für die Laserstrahlung (L) reflektierenden Reflektorschicht (116', 116'') auf mindestens einem von der Austrittsfläche (112) verschiedenen Bereich (114a) einer Oberfläche (114) des Halbleiterlasers (110) und/oder der Halbleiterlaseranordnung (100) – Entfernen der Schutzmaske (200, 202).
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdecken (310) dadurch erfolgt, dass der mindestens eine Halbleiterlaser (110a, 110b, 110c) auf einem die Schutzmaske (200, 202) bildenden Trägerelement angeordnet und so relativ zu dem Trägerelement ausgerichtet wird, dass die Austrittsfläche (112) durch einen Abschnitt (200a) des Trägerelements abgedeckt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen (320) der Reflektorschicht (116', 116'') mittels Sputtern erfolgt.