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Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Laserelements angegeben.
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Druckschrift
JP S58 - 138 086 A beschreibt Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von Laserdioden, bei dem ein vorstrukturierter Siliziumwafer mit einem Halbleiterwafer zu einem gemeinsamen Verbund mechanisch verbunden wird und der gemeinsame Verbund anschließend zu einer Mehrzahl von Laserdioden durchtrennt wird.
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Druckschrift US 2004 / 0 137 655 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterlasern, bei dem ein Halbleiterbarren auf einem Träger befestigt wird, bevor der Halbleiterbarren zusammen mit dem Träger vereinzelt wird.
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Druckschrift US 2002 / 0 172 244 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Laserdioden, bei dem ein Laserbarren auf einem Trägerverbund zu einem Gesamtverbund befestigt wird und der Laserbarren bei einer Abkühlung des Gesamtverbunds aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten bereichsweise abbricht, wodurch eine Vielzahl von einzelnen Laserdioden entsteht. Vor der Abkühlung können Einkerbungen in dem Trägerverbund erzeugt werden.
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US 5 216 684 A beschreibt eine Laserdiode, die als Kantenemitter ausgeführt ist.
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Druckschrift
JP 2002 - 232 061 A beschreibt eine Halbleiter-Laservorrichtung. Des Weiteren beschreibt diese Druckschrift ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Laservorrichtung, bei dem eine Vielzahl von Halbleiterlaserbarren gestapelt wird.
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Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Halbleiter-Laserelement mit kleinen Positionierungstoleranzen effizient herzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Bereitstellens wenigstens eines Trägerverbunds. In dem Trägerverbund ist eine Vielzahl von Trägern zusammengefasst, wobei die Träger für die fertigen Halbleiter-Laserelemente vorgesehen sind. Beispielsweise handelt es sich bei dem Trägerverbund um einen Streifen eines thermisch leitfähigen Materials, der dazu eingerichtet ist, in die einzelnen Träger unterteilt zu werden.
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Das Verfahren umfasst den Schritt des Erzeugens von mindestens einer Sollbruchstelle in dem Trägerverbund. Die Sollbruchstelle ist bevorzugt zwischen benachbarten Trägern lokalisiert. Durch die Sollbruchstellen kann der Trägerverbund effizient zu den Trägern vereinzelt werden.
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Es wird bei dem Verfahren mindestens ein Laserbarren bereitgestellt. Der Laserbarren beinhaltet eine Vielzahl von Halbleiter-Laserdioden. Der Laserbarren ist aus einem Aufwachssubstrat und einer darauf aufgewachsenen Halbleiterschichtenfolge gebildet. Die Halbleiterschichtenfolge umfasst eine oder mehrere aktive Schichten zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung im Betrieb der Halbleiter-Laserdiode. Das Aufwachssubstrat sowie die Halbleiterschichtenfolge erstrecken sich bevorzugt über den gesamten Laserbarren. Es ist möglich, dass der Laserbarren, neben dem Aufwachssubstrat, eine weitere, mechanisch tragende Komponente wie einen Hilfsträger zumindest zeitweise umfasst.
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Das Verfahren umfasst den Schritt des Anbringens des Laserbarrens auf einer Oberseite des Trägerverbunds. Bei dem Anbringen handelt es sich bevorzugt um ein Löten. Ebenso kann das Anbringen auch über ein Kleben erfolgen, insbesondere mit einem elektrisch leitfähigen Verbindungsmittel.
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Das Verfahren umfasst den Schritt des Vereinzelns zu den Halbleiter-Laserelementen. Dieser Schritt des Vereinzelns wird nach dem Schritt des Anbringens der Laserbarren auf den Trägerverbund durchgeführt. Das Vereinzeln erfolgt beispielsweise mittels Laserstrahlung und/oder durch Brechen.
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In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Verfahren wenigstens die folgenden Schritte:
- A) Bereitstellen mindestens eines Trägerverbunds mit einer Vielzahl von Trägern für die Halbleiter-Laserelemente,
- B) Erzeugen von Sollbruchstellen in dem Trägerverbund zwischen benachbarten Trägern,
- C) Bereitstellen mindestens eines Laserbarrens mit einer Vielzahl von Halbleiter-Laserdioden, die ein gemeinsames Aufwachssubstrat und eine darauf aufgewachsene Halbleiterschichtenfolge umfassen,
- D) Anbringen des Laserbarrens auf einer Oberseite des Trägerverbunds derart dass der Trägerverbund den Laserbarren an einer Stirnseite, die einer Rückseite des Trägerverbunds gegenüberliegt, überragt, und Trägerverbund an der Rückseite über den Laserbarren übersteht, wobei die Oberseite senkrecht zu der Stirnseite des Trägerverbunds orientiert ist, ein den Laserbarren überragender Teilbereich des Trägerverbunds an der Rückseite einen Haltestreifen bildet, und wobei über den Haltestreifen die benachbarten Träger, auch nach dem Erstellen der Sollbruchstellen in dem Trägerverbund oder nach einem mechanischen Separieren der benachbarten Träger unmittelbar voneinander, noch mechanisch gekoppelt sind, und
- E) Vereinzeln entlang einer Mehrzahl von Vereinzelungslinien zu den Halbleiter-Laserelementen nach dem Schritt D), wobei der Haltestreifen im oder nach dem Schritt E) teilweise oder vollständig entfernt wird.
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Die einzelnen Verfahrensschritte können in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Der Verfahrensschritt B) ist hierbei optional und folgt bevorzugt dem Verfahrensschritt A) nach. Die Kombination der Verfahrensschritte A) und optional B) kann vor oder nach dem Verfahrensschritt C) erfolgen. Der Verfahrensschritt E) folgt dem Verfahrensschritt D) nach.
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Bei der Montage von Laserdioden, insbesondere von Monomoden-Laserdioden, sind in der Regel nur kleine Herstellungstoleranzen erlaubt und ein präzises Justieren der Laser ist erforderlich. Dies ist insbesondere der Fall, falls Laserstrahlung aus der Halbleiter-Laserdiode in einen Lichtleiter eingekoppelt werden soll. Etwa für Strahlung im nahinfraroten Spektralbereich liegt ein Modenfelddurchmesser eines Lichtleiters im Monomodenregime bei ungefähr 4 µm bis 4,5 µm. Um eine gute optische Kopplung zwischen einem Lichtleiter und einem Halbleiter-Laserelement zu erzielen, sind daher in der Regel Herstellungstoleranzen von ≤ 3 µm oder ≤ 2 µm erforderlich.
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Im Rahmen des Herstellungsverfahrens sind hierbei die einzelnen Halbleiter-Laserdioden, die beispielsweise epitaktisch auf einem größeren Wafer gewachsen werden, zu vereinzeln und auf einem Träger anzubringen. Zur späteren Vereinfachung der Justage des Halbleiter-Laserelements ist es erforderlich, dass die Halbleiter-Laserdiode präzise relativ zu dem Träger auf dem Träger montiert wird.
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Eine solche präzise Montage der Halbleiter-Laserdiode auf dem Träger erfolgt insbesondere über eine Bauteil-Bestückungsmaschine, englisch die bonder. Bei der benötigten hohen Präzision im Bereich von 2 µm bis 3 µm, bei einer Verteilungsbreite der Positioniergenauigkeit von 3 σ, liegt ein Durchsatz solcher Bestückungsmaschinen in der Größenordnung von 500 bis 1000 Stück/Stunde. Das Bestücken mit solchen Bestückungsmaschinen bei der erforderlichen Präzision ist aufgrund des relativ geringen Durchsatzes daher ein signifikanter Kostenfaktor bei der Herstellung.
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Gemäß dem oben angegebenen Herstellungsverfahren erfolgt das Vereinzeln des Laserbarrens zu den Halbleiter-Laserdioden erst nach dem Anbringen an dem Trägerverbund. Hierdurch können der Laserbarren und der Trägerverbund als Ganzes präzise zueinander justiert werden. Somit ist eine Vielzahl von Halbleiter-Laserdioden gleichzeitig relativ zu dem Trägerverbund und den zugehörigen Trägern etwa mit einer Bestückungsmaschine positionierbar. Daher ist der Durchsatz von Halbleiter-Laserelementen, bezogen auf die Kapazität einer Bestückungsmaschine, näherungsweise um einen Faktor, der der Anzahl der Halbleiter-Laserdioden in dem Laserbarren entspricht, erhöhbar. Damit kann eine deutliche Kostensenkung bei der Herstellung einhergehen.
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Die Oberseite ist senkrecht zu einer Stirnseite des Trägerverbunds orientiert. Senkrecht kann bedeuten, dass die Stirnseite und die Oberseite rechtwinklig aufeinander stehen, insbesondere mit einer Toleranz von höchstens 3° oder von höchstens 1,5° oder von höchstens 0,5°.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform schließen die Halbleiter-Laserdioden in und/oder nach den Schritten D) sowie E) bündig mit der Stirnseite ab. Ebenso ist es möglich, dass die Stirnseite die Halbleiter-Laserdioden überragt. Ein Überstand der Stirnseite über die Halbleiter-Laserdioden liegt zum Beispiel bei mindestens 0,5 µm oder bei mindestens 1,5 µm. Alternativ oder zusätzlich liegt der Überstand bei höchstens 5 µm oder bei höchstens 4 µm. Eine Herstellungstoleranz hierbei liegt bevorzugt bei höchstens 3 µm bei einer Verteilungsbreite von 3 σ. Bündig kann bedeuten, dass sich die Stirnseite und die Halbleiter-Laserdioden um höchstens 3 µm oder um höchstens 1,5 µm oder um höchstens 0,5 µm gegenseitig überragen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei den Halbleiter-Laserdioden um kantenemittierende Laser. Eine Emissionsrichtung der Halbleiter-Laserdioden ist dann bevorzugt senkrecht zu der Stirnseite orientiert. Kantenemittierend kann bedeuten, dass die Emissionsrichtung senkrecht zu einer Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge orientiert ist und somit insbesondere parallel zur Oberseite verläuft.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden vor, nach oder in dem Schritt D) an oder in dem Laserbarren weitere Sollbruchstellen erzeugt. Entlang dieser Sollbruchstellen kann eine Vereinzelung des Laserbarrens im Schritt E) erfolgen. Die Laserbarren werden bevorzugt mit den weiteren Sollbruchstellen versehen, bevor die Laserbarren an den Trägerverbund angebracht werden, also vor dem Schritt D).
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden im Schritt D) die Laserbarren zu den Halbleiter-Laserdioden mittels Ritzen, Brechen, Sägen und/oder Laserstrahlungseinwirkung separiert. Gleichzeitig mit diesem Schritt oder nach diesem Schritt wird der Trägerverbund vereinzelt. Bei diesem Vereinzeln des Trägerverbunds kann es sich ebenfalls um ein Ritzen, Brechen, Sägen und/oder ein Vereinzeln mittels Laserstrahlung handeln.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die benachbarten Träger in dem Trägerverbund nach dem Vereinzeln des Trägerverbunds mechanisch nicht mehr unmittelbar miteinander verbunden. Dies kann bedeuten, dass keine mechanisch belastbare, selbsttragende Verbindung von einem Träger zu dem direkt benachbarten Träger besteht. Es ist jedoch möglich, dass benachbarte Träger über weitere Bestandteile des Trägerverbunds oder durch einen Hilfsträger nach wie vor mechanisch und relativ zueinander stabil gekoppelt sind. Ebenso ist es möglich, dass sich benachbarte Träger noch berühren, ohne dass eine hinreichende mechanische Kopplung gegeben ist. Alternativ hierzu berühren sich benachbarte Träger nach dem Vereinzeln nicht mehr.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich nach dem Schritt E) an jedem der Träger eine oder mehrere der Halbleiter-Laserdioden. Insbesondere besteht eine eineindeutige Zuordnung zwischen dem Träger und den Halbleiter-Laserdioden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich die Sollbruchstelle in dem Trägerverbund zu mindestens 25 % oder zu mindestens 40 % durch den Trägerverbund hindurch, in Richtung senkrecht zur Oberseite. Alternativ oder zusätzlich erstreckt sich die Sollbruchstelle zu höchstens 75 % oder zu höchstens 60 % durch den Trägerverbund hindurch. Beispielsweise ist die Sollbruchstelle durch Laserstrahlung erzeugt. Die mechanische Integrität zwischen benachbarten Trägern ist bei einem solchen Erstellen der Sollbruchstelle nicht gänzlich zerstört.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst der Laserbarren im Schritt D) mindestens zehn oder mindestens 15 oder mindestens 25 der Halbleiter-Laserdioden. Alternativ oder zusätzlich weist der Laserbarren in Schritt D) höchstens 60 oder höchstens 50 der Halbleiter-Laserdioden auf.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei den Halbleiter-Laserdioden jeweils um Monomodenlaser. Im bestimmungsgemäßen Gebrauch emittieren die Halbleiter-Laserdioden und die fertig hergestellten Halbleiter-Laserelemente dann Laserstrahlung genau einer Mode, insbesondere der Grundmode. Alternativ hierzu kann es sich bei den Halbleiter-Laserdioden auch um Multimodenlaser handeln.
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Gemäß einer nicht beanspruchten Ausführungsform des Verfahrens werden in Schritt D) mehrere der Laserbarren und mehrere der Trägerverbünde abwechselnd aufeinanderfolgend zu einer Horde zusammengefasst. In der Horde können alle Trägerverbünde und Laserbarren im Rahmen der Herstellungstoleranzen identisch ausgerichtet sein. Ein Einhorden von Laserbarren und Trägern erfolgt beispielsweise auch bei der Erstellung von Spiegelschichten an lateralen Begrenzungsflächen der Halbleiter-Laserdioden und/oder des Laserbarrens. Bei entsprechend genauer Fertigung und genauen geometrischen Abmessungen der Laserbarren und der Trägerverbünde ist eine präzise Justage einer Vielzahl von Laserbarren und Trägerverbünde relativ zueinander in der Horde möglich.
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Gemäß einer nicht beanspruchten Ausführungsform wird jeweils einer der Laserbarren in der Horde an genau einem der Trägerverbünde befestigt. Das Befestigen ist beispielsweise ein Löten. Nach dem Befestigen der Laserbarren an je einem der Trägerverbünde erfolgt dann bevorzugt der Schritt E).
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens sind, nach dem Schritt E), Seitenflächen des zerteilten Aufwachssubstrats, Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge und/oder Seitenflächen der vereinzelten Träger parallel zueinander ausgerichtet. Weiterhin weisen der Träger, das zerteilte Aufwachssubstrat sowie die Halbleiterschichtenfolge innerhalb einer der Halbleiter-Laserdioden oder Halbleiter-Laserelemente bevorzugt gleiche Breiten auf, in Richtung parallel zur Stirnseite und in Richtung parallel zur Oberseite. Ferner schließen die Seitenflächen des zerteilten Aufwachssubstrats und der Träger bevorzugt bündig miteinander ab. Die Seitenflächen des Trägers und des zerteilten Aufwachssubstrats können in einer gemeinsamen Ebene liegen. Die vorgenannten geometrischen Eigenschaften sind bevorzugt mit einer Toleranz von höchstens 6 µm oder höchstens 4 µm oder höchstens 2 µm verwirklicht.
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Die Seitenflächen sind hierbei insbesondere solche Begrenzungsflächen, die im Rahmen der Herstellungstoleranzen sowohl senkrecht zu der Stirnseite als auch senkrecht zu der Oberseite ausgerichtet sind.
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Der Trägerverbund überragt den Laserbarren an einer der Stirnseite gegenüberliegenden Rückseite. Der Trägerverbund steht an der Rückseite dann über den Laserbarren über.
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Der den Laserbarren überragende Teilbereich des Trägerverbunds bildet an der Rückseite einen Haltestreifen aus. Über den Haltestreifen sind die benachbarten Träger, auch nach dem Erstellen der Sollbruchstellen in dem Trägerverbund oder nach einem mechanischen Separieren benachbarter Träger unmittelbar voneinander, noch mechanisch gekoppelt. Hierdurch ist eine Handhabung erleichtert. Ein solcher Haltestreifen ist insbesondere in den Schritten D) und/oder E) vorhanden.
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Im oder nach dem Schritt E) wird der Haltestreifen teilweise oder vollständig entfernt. Der Haltestreifen ist dann in den fertigen Halbleiter-Laserelementen nicht mehr oder nur noch zum Teil vorhanden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weisen die fertigen Halbleiter-Laserelemente eine Breite von mindestens 100 µm oder mindestens 150 µm und/oder von höchstens 350 µm oder höchstens 250 µm auf. Eine Länge der fertigen Halbleiter-Laserelemente, in Richtung senkrecht zur Stirnseite und in Richtung parallel zu der Oberseite, liegt alternativ oder zusätzlich bei mindestens 175 µm oder bei mindestens 250 µm. und/oder bei höchstens 700 µm. oder bei höchstens 500 µm.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die fertigen Halbleiter-Laserelemente eine Dicke, in Richtung senkrecht zu der Oberseite, von mindestens 125 µm oder von mindestens 200 µm auf. Alternativ oder zusätzlich liegt die Dicke bei höchstens 600 µm oder bei höchstens 450 µm oder bei höchstens 350 µm.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der Trägerverbund und somit die Träger aus Silizium oder aus Aluminiumnitrid gefertigt oder bestehen hieraus. Insbesondere weist der Trägerverbund keine oder nur eine geringe elektrische Leitfähigkeit auf. Ist der Trägerverbund aus Silizium gefertigt, so liegt eine Dotierstoffkonzentration beispielsweise bei höchstens 1 × 1018/cm3. Der Träger kann frei sein von einer inneren Struktur wie Durchkontaktierungen oder pn-Übergängen. Alternativ hierzu kann der Träger auch aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet sein, etwa aus dotiertem Silizium oder Germanium oder auch aus einem Metall wie Mo oder einer Mo-Legierung. Ist der Träger elektrisch leitfähig, so kann die Halbleiter-Laserdiode über den Träger elektrisch kontaktiert sein. Weiterhin kann der Träger Durchkontaktierungen aufweisen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind mindestens an der Oberseite stellenweise oder ganzflächig eine oder mehrere elektrisch leitfähige Beschichtungen ausgebildet. Die Beschichtungen können durch eine oder mehrere Metallschichten realisiert sein. Es kann die elektrisch leitfähige Beschichtung zu Leiterbahnen und/oder Kontaktflächen strukturiert sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform basieren die Halbleiterschichtenfolge und/oder die Halbleiter-Laserdiode auf AlnIn1-n-mGamAs mit 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge auch Dotierstoffe aufweisen. Die Halbleiter-Laserdiode ist dann bevorzugt zu einer Emission von Laserstrahlung im Wellenlängenbereich zwischen einschließlich 790 nm und 890 nm oder zwischen einschließlich 805 nm und 855 nm eingerichtet.
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Ebenso ist es möglich, dass die Halbleiter-Laserdiode auf dem Materialsystem AlInGaN oder InP basiert. Eine Emissionswellenlänge liegt dann insbesondere im ultravioletten oder blauen Spektralbereich oder im nahen Infrarot, beispielsweise zwischen einschließlich 1,3 µm und 1,5 µm.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgen die nachfolgend genannten Schritte bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge, wobei die aufgeführten Schritte unmittelbar aufeinander folgen können:
- - Bereitstellen des insbesondere auf Silizium basierenden Trägerverbunds, wobei der Trägerverbund bevorzugt frei von Sollbruchstellen ist,
- - Bereitstellen des Laserbarrens, wobei der Laserbarren Sollbruchstellen zwischen benachbarten Halbleiter-Laserdioden aufweist und die Sollbruchstellen insbesondere je durch einen Ritz gebildet sind und sich an einer n-Seite der Halbleiterschichtenfolge befinden können,
- - Anbringen des Laserbarrens an der Oberseite des Trägerverbunds, wobei bevorzugt die n-Seite der Oberseite zugewandt ist, und
- - Vereinzeln des Trägerverbunds zu den Trägern mit anschließendem oder gleichzeitigem Brechen des Laserbarrens.
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Darüber hinaus wird ein Halbleiter-Laserelement angegeben. Das Halbleiter-Laserelement ist bevorzugt mit einem Verfahren hergestellt, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen beschrieben. Merkmale des Verfahrens sind daher auch für das Halbleiter-Laserelement offenbart und umgekehrt.
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Das Halbleiter-Laserelement umfasst einen Träger mit einer Stirnseite und einer hierzu bevorzugt senkrecht orientierten Oberseite. Ferner weist das Halbleiter-Laserelement eine Halbleiter-Laserdiode auf, die ein Aufwachssubstrat und eine Halbleiterschichtenfolge zur Erzeugung von Laserstrahlung umfasst. Die Halbleiter-Laserdiode ist an der Oberseite angebracht. Der Träger und die Halbleiter-Laserdiode weisen gleiche Breiten auf und Seitenflächen des Trägers sowie der Halbleiter-Laserdiode schließen bündig miteinander ab und sind bevorzugt parallel zueinander ausgerichtet, insbesondere mit einer Toleranz von höchstens 6 µm oder mit einer Toleranz von höchstens 4 µm oder mit einer Toleranz von höchstens 2 µm oder exakt. Ferner weisen die Seitenflächen Vereinzelungsspuren auf.
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Dass die Seitenflächen Vereinzelungsspuren aufweisen, kann bedeuten, dass die Seitenflächen nach einem Vereinzeln zu den Halbleiter-Laserelementen nicht nachträglich geschliffen oder poliert sind. Die Vereinzelungsspuren können als Aufrauung der Seitenflächen ausgebildet sein. Insbesondere können an den Seitenflächen Spuren eines Ritzens, etwa des Aufwachssubstrats oder der Halbleiterschichtenfolge, oder einer Laserbearbeitung erkennbar sein.
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Nachfolgend wird ein hier beschriebenes Verfahren sowie ein hier beschriebenes Halbleiter-Laserelement unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
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Es zeigen:
- 1, 2 und 4 schematische perspektivische Darstellungen von Verfahren zur Herstellung von hier beschriebenen Halbleiter-Laserelementen, und
- 3 schematische perspektivische Darstellungen einer Abwandlung eines Halbleiter-Laserelements.
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In den 1A bis 1G ist ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Laserelements 1 schematisch illustriert. Gemäß der perspektivischen Darstellung in 1A wird ein Trägerverbund 20 bereitgestellt. Der Trägerverbund 20 beinhaltet eine Vielzahl von Trägern 2, die mechanisch untereinander in dem Trägerverbund 20 integriert sind. Der Trägerverbund 20 weist eine Stirnseite 27 und eine hierzu senkrecht orientierte Oberseite 23 auf.
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Die Oberseite 23 ist mit einer Metallisierung 24 versehen. Die Metallisierung 24 ist beispielsweise aus einer Titanschicht, einer Platinschicht und einer Goldschicht gebildet, die in Richtung weg von dem Trägerverbund 20 aufeinander folgen. In T-förmigen Bereichen liegt die Oberseite 23 des Trägerverbunds 20 stellenweise frei, in diesen Bereichen ist keine Metallisierung aufgebracht. Auf der Metallisierung 24 sind stellenweise Kontaktstellen 5 geformt. Für jeden der Träger 2 ist genau eine der Kontaktstellen 5 vorgesehen. Die Kontaktstellen 5 sind bevorzugt durch eine AuSn-Metallisierung gebildet.
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Der Trägerverbund 20 ist beispielsweise aus einem SiliziumWafer gefertigt. Eine Dicke des Trägerverbunds 20, in Richtung senkrecht zur Oberseite 23, beträgt zum Beispiel ungefähr 200 µm. Eine Breite des Trägerverbunds 20 liegt insbesondere zwischen einschließlich 10 mm und 30 mm, zum Beispiel zirka 20,8 mm. Eine Länge des Trägerverbunds 20 beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 0,7 mm und 2,0 mm, insbesondere zirka 1,2 mm.
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In 1B ist illustriert, dass mittels einer Laserstrahlung R Sollbruchstellen 25 in dem Trägerverbund 20 erzeugt werden. Die Sollbruchstellen 25 sind senkrecht zu der Oberseite 23 und zu der Stirnseite 27 orientiert. Bevorzugt durchdringen die Sollbruchstellen 25, in Richtung senkrecht zur Oberseite 23, den Trägerverbund 20 nicht vollständig, anders als dargestellt. Die Sollbruchstellen 25 werden nicht in einem Haltestreifen 8 an einer Rückseite 28 des Trägerverbunds 20 gefertigt. Die Rückseite 28 liegt hierbei der Stirnseite 27 gegenüber. Über den Haltestreifen 8 sind die einzelnen Träger 2, zwischen denen sich die Sollbruchstellen 25 verbinden, mechanisch miteinander verbunden. Der in 1B gezeigte Verfahrensschritt ist optional.
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Bei dem Erstellen der Sollbruchstellen 25 handelt es sich bevorzugt um ein so genanntes Stealth Dicing. Hierbei wird durch nichtlineare Absorption eines fokussierten, gepulsten Laserstrahls mit einer Wellenlänge, für die der Trägerverbund 20 bei moderaten Intensitäten transparent ist, innerhalb des Trägerverbunds 20 eine Schadstelle in dem Material erzeugt. Alternativ hierzu kann das Erstellen der Sollbruchstellen auch über ein Ritzen oder Sägen erfolgen.
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In 1C ist dargestellt, dass ein Laserbarren 30 bereitgestellt wird. Der Laserbarren 30 weist ein zusammenhängendes Aufwachssubstrat 31 auf, auf das eine bevorzugt ebenfalls zusammenhängende Halbleiterschichtenfolge 32 insbesondere epitaktisch aufgebracht ist. Der Laserbarren 30 umfasst eine Vielzahl von Halbleiter-Laserdioden 3. Die Halbleiter-Laserdioden 3 sind bevorzugt kantenemittierende Laser mit einem Stegwellenleiter.
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Das Aufwachssubstrat 31 ist beispielsweise ein GaAs-Substrat mit einer Dicke von ungefähr 100 µm. Die Halbleiterschichtenfolge 32 basiert insbesondere auf AlInGaAs und weist zum Beispiel eine Dicke von ungefähr 10 µm auf.
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Der Laserbarren 30 und somit die Halbleiter-Laserdioden 3 weisen jeweils eine Frontseite 37 auf. An dem Trägerverbund 20 abgewandten Oberseiten der Halbleiter-Laserdioden 3 befindet sich eine Kontaktstelle 4. Über die Kontaktstelle 4 sind die Halbleiter-Laserdioden beispielsweise über einen Bonddraht, nicht gezeichnet, kontaktierbar. Die Kontaktstelle 4 kann durch eine Metallisierung, insbesondere mit einer Goldschicht, ausgebildet sein.
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An der Frontseite 37 und optional an einer der Frontseite 37 gegenüberliegenden Rückseite der Halbleiter-Laserdioden 3 können optisch wirksame Schichten wie hoch reflektierende Spiegelschichten oder Antireflex-Schichten aufgebracht sein.
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Optional werden im Verfahrensschritt gemäß 1C an einer den Kontaktstellen 4 gegenüberliegenden Seite oder auch an der Oberseite mit den Kontaktstellen 4 weitere Sollbruchstellen 35 zwischen benachbarten Halbleiter-Laserdioden 3 in dem Laserbarren 30 erzeugt. Die weiteren Sollbruchstellen 35 können durch ein Ritzen oder auch mittels Laserstrahlung erzeugt sein.
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Gemäß 1D wird der Laserbarren 30 auf den Trägerverbund 20 aufgebracht. Dies erfolgt beispielsweise mit einer Bestückungsmaschine. Der Laserbarren 30 wird an den Trägerverbund 20 bevorzugt angelötet. Eine relative Positioniergenauigkeit zwischen dem Trägerverbund 20 und dem Laserbarren 30 liegt bevorzugt im Bereich weniger Mikrometer. Die Frontseite 37 des Laserbarrens 30 schließt hierbei beispielsweise bündig mit der Stirnseite 27 ab, beispielsweise mit einer Toleranz von höchstens 2 µm.
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Beim Verfahrensschritt, wie in 1E gezeigt, werden benachbarte Halbleiter-Laserdioden 3 durch das Erzeugen von Vereinzelungsbereichen 9 voneinander mechanisch getrennt. Das Vereinzeln des Laserbarrens 30 zu den Halbleiter-Laserdioden 3 erfolgt bevorzugt über ein Brechen entlang der insbesondere durch Ritzen erzeugten Sollbruchstellen 35, siehe auch 1C, oder auch über eine stellenweise Materialzersetzung durch fokussierte Laserstrahlung, alleine oder in Kombination etwa mit einem Brechen. Das Brechen kann mit einem Keilapparat erfolgen. Alternativ zu einem solchen Brechen kann das Vereinzeln des Laserbarrens 30 auch durch Expandieren einer Folie, an der der Laserbarren 30 angebracht ist, durchgeführt werden.
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Anders als dargestellt ist es möglich, dass auch gleichzeitig mit dem Vereinzeln des Laserbarrens 30 die Träger 2 entlang der Sollbruchstellen 25 in weiteren Vereinzelungsbereichen 9 voneinander separiert werden. Dieser Schritt kann dem Vereinzeln des Laserbarrens 30 aber auch nachfolgen. Optional besteht eine mechanische Verbindung zwischen benachbarten Trägern 2 über den Haltestreifen 8.
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Die Vereinzelungsbereiche 9 in dem Laserbarren 30 sowie im Trägerverbund 20 liegen, in Richtung senkrecht zur Oberseite 23, bevorzugt deckungsgleich übereinander. Ein lateraler Versatz zwischen den Vereinzelungsbereichen 9 liegt beispielsweise bei höchstens 6 µm oder bei höchstens 4 µm oder bei höchstens 2 µm.
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Im in Draufsicht gezeigten, optionalen Verfahrensschritt gemäß 1F werden, insbesondere mittels Materialzersetzung durch fokussierte Laserstrahlung und/oder Brechen, die resultierenden Halbleiter-Laserelemente, siehe 1G, von dem Haltestreifen 8 getrennt. Die resultierenden Halbleiter-Laserelemente 1 sind in 1G zu sehen.
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In Richtung weg von der Stirnseite 27 wird die Halbleiter-Laserdiode 3 von dem Träger 2 überragt. Die Halbleiter-Laserdiode 3 sowie der Träger 2 weisen näherungsweise gleiche Breiten auf. Seitenflächen 29, 39 des Trägers 2 und der Halbleiter-Laserdiode 3 weisen Vereinzelungsspuren, nicht gezeichnet, auf.
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An einer der Halbleiter-Laserdiode 3 abgewandten Unterseite des Trägers 2 befindet sich bevorzugt eine weitere Kontaktstelle 5, die beispielsweise durch eine oder mehrere Metallisierungen an der Unterseite gebildet ist. Der Träger 2 ist dann bevorzugt elektrisch leitfähig oder weist zumindest eine nicht gezeichnete Durchkontaktierung auf. Alternativ kann sich die Kontaktstelle 5, anders als gezeichnet, in dem Bereich der Trägeroberseite 23 befinden, der die Halbleiter-Laserdiode 3 in Richtung weg von der Frontseite 37 überragt.
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In den schematischen, perspektivischen Darstellungen gemäß den 2A bis 2C ist ein alternatives nicht beanspruchtes Ausführungsbeispiel bezüglich des Anbringens der Laserbarren 30 an den Trägerverbünden 20 dargestellt. Gemäß 2A werden mehrere Laserbarren 30 sowie Trägerverbünde 20 bereitgestellt und abwechselnd angeordnet.
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In 2B sind die Laserbarren 30 sowie die Trägerverbünde 20 zu einer Horde zusammengefasst. Die Frontseiten 37 sowie die Stirnseiten 27 schließen hierbei bevorzugt bündig oder näherungsweise bündig miteinander ab, insbesondere mit einer Toleranz von höchstens 4 µm.
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In der Horde erfolgt ein Erhitzen der Laserbarren sowie der Trägerverbünde 20, sodass jeweils einer der Laserbarren 30 an einen der Trägerverbünde 20 etwa angelötet werden kann. Die resultierende Kombination aus genau einem Laserbarren 30 und genau einem damit mechanisch verbundenen Trägerverbund 20 ist in 2C gezeigt.
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Die weiteren Verfahrensschritte sowie der Aufbau der Laserbarren 30 und der Trägerverbünde 20 können entsprechend zur Darstellung gemäß 1 erfolgen.
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In Verbindung mit 3 ist ein herkömmliches Herstellungsverfahren dargestellt. Gemäß 3A wird eine Halbleiter-Laserdiode 3 bereitgestellt und gemäß 3B ein einzelner, bereits separierter Träger 2 mit einer Kontaktstelle 5. Die vereinzelte Halbleiter-Laserdiode 3 und der separierte Träger 2 werden, siehe 3C, zu einem Halbleiter-Laserelement zusammengesetzt. Da eine Bestückungsmaschine bei den geforderten kleinen Herstellungstoleranzen bezüglich der Positionierung des Trägers 2 relativ zu der Halbleiter-Laserdiode 3 nur vergleichsweise langsam arbeitet, ist ein solches Verfahren mit signifikant geringerem Durchsatz und somit höheren Kosten verbunden als ein Verfahren etwa gemäß der 1 oder 2.
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In Verbindung mit 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Herstellungsverfahrens des Halbleiter-Laserelements in perspektivischen Darstellungen illustriert. Gemäß 4A wird ein Wafer 33 aus dem Aufwachssubstrat 31 und der Halbleiterschichtenfolge 32 bereitgestellt. An der Oberseite der Halbleiterschichtenfolge 32 sind streifenförmige Metallisierungen für die Kontaktstellen 4 vorgesehen. Ein optionaler Zwischenträger ist nicht gezeichnet.
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In 4B ist gezeigt, dass in den Wafer 33 eine Vielzahl von Löchern 26 gefertigt wird, beispielsweise über ein Trockenätzen oder über ein Nassätzen. Die Löcher 26 befinden sich jeweils zwischen benachbarten Kontaktstellen 4. Jeweils zwei der Halbleiter-Laserdioden 3, eine hiervon ist in 4B beispielhaft fett umrahmt, teilen sich eines der Löcher 26. Die Löcher 26 durchdringen das Aufwachssubstrat 31 und die Halbleiterschichtenfolge 32 vollständig.
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In Richtung senkrecht zu den Streifen, die die Kontaktstellen 4 ausbilden, werden Sollbruchstellen 35 für Vereinzelungslinien 9 geformt, etwa durch ein Ritzen. Entlang dieser Vereinzelungslinien 9 wird der Wafer 33 zu den Laserbarren 30 zerteilt, bevorzugt durch Brechen. Ein resultierender Laserbarren 30 ist in 4C dargestellt.
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Gemäß 4D wird einer der Laserbarren 30 auf dem Trägerverbund 20 angebracht.
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Im Zusammenhang mit 4E ist das Vereinzeln zu den Halbleiter-Laserelementen 1 anhand der Vereinzelungslinien 9 und der Sollbruchstellen 25, 35 symbolisiert. Das resultierende Halbleiter-Laserelement 1 ist schematisch in 4F gezeichnet.
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In 4F ist zu sehen, dass die Oberseite 23 mit der Metallisierung 24 stellenweise nicht von der Halbleiter-Laserdiode 3 bedeckt ist, sodass eine weitere Kontaktstelle 5 gebildet wird. Durch diese Kontaktstelle 5 aus der Metallisierung 24 an der Oberseite 23 ist die Halbleiter-Laserdiode 3, insbesondere zusammen mit der Kontaktstelle 4, elektrisch kontaktierbar. Bei der weiteren Kontaktstelle 5 handelt es sich beispielsweise um einen n-Kontakt und über die Kontaktstelle 4 kann ein p-Kontakt hergestellt sein.
