DE102018101198A1

DE102018101198A1 - Verfahren zum herstellen eines gehäusedeckels für ein laserbauelement und gehäusedeckel für ein laserbauelement sowie laserbauelement

Info

Publication number: DE102018101198A1
Application number: DE102018101198.9A
Authority: DE
Inventors: Matthias Knörr
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2018-01-19
Filing date: 2018-01-19
Publication date: 2019-07-25
Also published as: WO2019141733A1; JP2021510928A; US11652331B2; US20210066884A1; JP7242679B2

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäusedeckels (200) für ein Laserbauelement (100) umfasst:
- Bereitstellen eines zumindest teilweise strahlungsdurchlässigen Fensters (201), das ein Aluminiumoxid aufweist,
- Bereitstellen eines Kupferträgers (202) für das Fenster (201),
- Ausbilden eines Kupferoxids (204) in einem Oxidbereichs (203) auf dem Kupferträger,
- Anordnen des Fensters (201) an dem Oxidbereich (203),
- Ausbilden einer eutektischen Verbindung (205) zwischen dem Fenster (201) und dem Kupferoxid (204) in dem Oxidbereich (203), und dadurch
- Fixieren des Fensters (201) an dem Kupferträger (202).

Description

Die Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäusedeckels für ein Laserbauelement, insbesondere für ein hermetisch dichtes Gehäuse. Weiterhin betrifft die Anmeldung ein Verfahren zum Herstellen eines Laserbauelements mit einem solchen Gehäusedeckel. Die Anmeldung betrifft außerdem einen Gehäusedeckel für ein Laserbauelement, der insbesondere mit dem beschriebenen Herstellungsverfahren hergestellt ist. Die Anmeldung betrifft weiterhin ein Laserbauelement mit einem solchen Gehäusedeckel.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäusedeckels für ein Laserbauelement umfasst gemäß zumindest einer Ausführungsform ein Bereitstellen eines zumindest teilweise strahlungsdurchlässigen Fensters. Das Fenster weist ein Aluminiumoxid auf. Im betriebsfertigen Zustand kann Strahlung, die von einer Laserquelle des Laserbauelements emittiert wird, durch das Fenster aus dem Laserbauelement austreten. Das Fenster ist insbesondere für die Strahlung, die von der Laserquelle erzeugt wird, möglichst durchlässig. Das Fenster ist beispielsweise ein Glasfenster. Das Fenster ist gemäß weiteren Ausführungsformen aus einem anderen Material, beispielsweise aus einem Kunststoff. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen ist das Fenster aus Saphir. Auch eine Mischung verschiedener Materialien ist möglich, die beispielsweise gestapelt aufeinander angeordnet sind. Zumindest ein Element des Fensters weist Aluminiumoxid auf, insbesondere A1203. Das Fenster besteht gemäß zumindest einer Ausführungsform aus Aluminiumoxid. Gemäß weiteren Ausführungsformen weist das Fenster Aluminiumoxid auf und zusätzlich andere Materialien.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein Kupferträger für das Fenster bereitgestellt. Der Kupferträger ist ausgebildet, das Fenster zu halten und zu fixieren. Der Kupferträger ist zudem dazu ausgebildet, mit einem Gehäusekörper verbunden zu werden, der beispielsweise auch aus Kupfer oder einem anderen Metall gebildet ist. Der Kupferträger ist so ausgebildet, dass Strahlung durch den Kupferträger transmittieren kann, die im Betrieb von der Laserquelle emittiert wird. Beispielsweise sind hierfür Ausnehmungen in dem ansonsten flächig ausgebildeten Kupferträger eingebracht. Der Kupferträger besteht insbesondere aus Kupfer oder weist Kupfer auf und weitere Materialien.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird in einem Oxidbereich auf dem Kupferträger ein Kupferoxid ausgebildet. Insbesondere wird das Kupferoxid an einer Oberfläche des Kupferträgers ausgebildet, an der nachfolgend das Fenster angeordnet wird. Beispielsweise wird das Kupferoxid mittels Erhitzen des Kupferträgers an Luft hergestellt. Beispielsweise wird nicht die gesamte Oberfläche des Kupferträgers mit dem Kupferoxid beschichtet. Lediglich ein Teil der Oberfläche, der als Oxidbereich vorgegeben wird, wird mit Kupferoxid beschichtet. Der Oxidbereich wird insbesondere dort vorgesehen, wo eine Verbindung zwischen dem Kupferträger und dem Fenster ausgebildet werden soll.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Fenster an dem Oxidbereich angeordnet. Beispielsweise wird das Fenster so auf dem Kupferträger aufgelegt, dass das Fenster in Kontakt mit dem Oxidbereich ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird eine eutektische Verbindung zwischen dem Fenster und dem Kupferoxid in dem Oxidbereich ausgebildet. Das Kupferoxid, das ein Eutektikum darstellt, weist einen niedrigeren Schmelzpunkt auf, als reines Kupfer und als das Aluminiumoxid. Beispielsweise wird der Kupferträger mit dem Kupferoxid über die Schmelztemperatur des Kupferoxids erhitzt. Der Kupferträger und das Kupferoxid werden nur so weit erhitzt, dass lediglich das Kupferoxid flüssig wird und das Aluminiumoxid sowie das reine Kupfer des Kupferträgers fest bleiben. Beispielsweise wird der Kupferträger mit dem Kupferoxid auf eine Temperatur über 1000 °C erhitzt, insbesondere über 1060 °C und unter 1080 °C.
Das flüssige Kupferoxid benetzt das Aluminiumoxid und bildet beispielsweise ein Kupferaluminium aus, insbesondere CuAl2O4 oder CuA102. Nach dem Abkühlen kristallisiert das Kupferaluminium aus und bildet so eine gute Verbindung sowohl zum Kupfer des Kupferträgers als auch zum Aluminium des Aluminiumoxids. Somit wird das Fenster an dem Kupferträger fixiert. Die eutektische Verbindung stellt insbesondere eine hermetisch dichte Verbindung und Fixierung des Fensters an dem Kupferträger dar. Hermetisch dicht bedeutet in diesem Zusammenhang insbesondere, dass Schmutz, wie Staub und Flüssigkeiten, und/oder Gas nur zu vernachlässigbaren Anteilen oder gar nicht die Verbindung zwischen dem Fenster und dem Kupferträger durchdringen können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Herstellen des Gehäusedeckels für ein Laserbauelement ein Bereitstellen des zumindest teilweise strahlungsdurchlässigen Fensters, das das Aluminiumoxid aufweist. Der Kupferträger für das Fenster wird bereitgestellt. Das Kupferoxid wird in einem Oxidbereich auf dem Kupferträger ausgebildet. Das Fenster wird in dem Oxidbereich angeordnet. Die eutektische Verbindung wird zwischen dem Fenster und dem Kupferoxid in dem Oxidbereich ausgebildet. Dadurch wird das Fenster an dem Kupferträger fixiert.
Insbesondere wenn als Laserquelle eine oder mehrere Halbleiterlaserdioden, auch Laserchips genannt, verwendet werden, sollten diese in einem hermetisch dichten Gehäuse angeordnet sein. Ansonsten kann beispielsweise eine Kohlenstoffkontamination der Laserfacette zu einem schnellen Ausfall des Laserchips führen. Damit die Laserstrahlung das Gehäuse verlassen kann, ist das Fenster vorgesehen. Das Fenster ist Teil des Gehäusedeckels, der genutzt wird, um das Gehäuse abzudichten, nachdem die Halbleiterchips im Gehäuse montiert wurden.
Insbesondere bei großen Gehäusedeckeln führt ein Verbinden des Fensters mit dem Träger mittels Schweißen, Löten oder anderer herkömmlicher Verbindungsmethoden zu Ausfällen, da die Verbindung nicht ausreichend dicht über eine ausreichend lange Lebensdauer ist. Beispielsweise treten im Betrieb aufgrund von Temperaturänderungen unterschiedliche Ausdehnungen des Fensters und des Trägers auf. Diese können herkömmlich dazu führen, dass die Verbindung zwischen Fenster und Träger bricht. Beispielsweise wird herkömmlich das Fenster mit einem Edelmetall beschichtet und nachfolgend auf einen Metallträger gelötet. Fehler der Kohäsion und/oder der Adhäsion der Lötverbindung können zu einer undichten Verbindung führen. Insbesondere bei vergleichsweise großen Abmessungen des Gehäuses kann es auf Grund der unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten im Betrieb zu hohen mechanischen Spannungen kommen. Dies kann zu Bauteilausfällen führen.
Das hier beschriebene Verfahren macht nun unter anderem von der Idee Gebrauch, dass anstatt des Lötens wird eine sogenannte Direct Bonded Copper-Verbindung (etwa: direkt verbundenes Kupfer) verwendet, um das Fenster und den Träger miteinander zu verbinden. Der Verbindungsprozess basiert auf dem eutektischen Verbinden zwischen dem Aluminiumoxid und dem Kupferoxid. In den Ausführungsformen, in denen das Fenster ein Saphirfenster ist, ist keine zusätzliche Beschichtung am Fenster notwendig. Die eutektische Verbindung ist direkt zwischen dem Saphir und dem Kupferoxid ausbildbar. In den Ausführungsbeispielen, in denen das Fenster aus einem Glas ist, ist eine Aluminiumoxidbeschichtung auf dem Glas notwendig.
Somit können günstigere Materialien als Edelmetalle verwendet werden. Eine stabile, langlebige und dichte Verbindung zwischen dem Fenster und dem Kupferträger ist realisierbar, insbesondere eine starke Adhäsion und Kohäsion. Insbesondere ist es möglich, auf Vorbereitungsschritte zu verzichten, die zum Löten und/oder Schweißen notwendig wären. Auch großflächige Verbindungen zwischen dem Fenster und dem Kupferträger sind realisierbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Fenster ein Saphirfenster auf. Beispielsweise besteht das Fenster aus dem Saphirfenster. Das Saphirfenster wird direkt auf dem Oxidbereich aufgelegt, sodass das Saphirfenster und das Kupferoxid eine gemeinsame Kontaktfläche aufweisen. Die eutektische Verbindung wird direkt zwischen dem Saphirfenster und dem Kupferoxid ausgebildet. Somit sind keine weiteren Beschichtungsverfahren oder ähnliches notwendig, um die eutektische Verbindung zwischen dem Fenster und dem Kupferoxid ausbilden zu können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Kupferoxid flächig an einer Oberfläche des Kupferträgers ausgebildet. Die eutektische Verbindung wird an der gesamten Kontaktfläche zwischen dem Saphirfenster und der Oberfläche des Kupferträgers ausgebildet. Somit ist eine großflächige Verbindung zwischen dem Fenster und dem Kupferträger realisierbar. Der gesamte Kontaktbereich des Saphirfensters und des Kupferträgers mit dem Kupferoxid wird zum Fixieren des Fensters an dem Kupferträger verwendet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird eine Beschichtung auf einer Oberfläche des Saphirfensters ausgebildet. Die eutektische Verbindung wird an der Oberfläche des Saphirfensters außerhalb der Beschichtung ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich wird die Beschichtung an dem Kupferträger ausgebildet und der Oxidbereich liegt außerhalb der Beschichtung. Mittels der Beschichtung ist es somit möglich, Bereiche vorzugeben, an denen die eutektische Verbindung nicht ausgebildet wird. Die Beschichtung liegt zwischen dem Saphirfenster und beispielsweise dem Kupferoxid, sodass das Kupferoxid und das Saphir keine gemeinsame Verbindung in diesem Bereich ausbilden können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird eine Aluminiumoxidschicht auf eine vorgegebene Region des Fensters aufgebracht. Die Region korrespondiert insbesondere mit dem Oxidbereich. Die eutektische Verbindung wird zwischen der Aluminiumoxidschicht und dem Kupferoxid ausgebildet. Somit ist es insbesondere möglich, ein Fenster zu verwenden, das selbst nicht keramisch ist und insbesondere kein Aluminiumoxid aufweist. Beispielsweise wird ein Glasfenster mit der Aluminiumoxidschicht beschichtet. Das Fenster wird in der Region mit der Aluminiumoxidschicht versehen, sodass nachfolgend die Aluminiumoxidschicht am Kunststoffträger dort angeordnet ist, wo das Kupferoxid ausgebildet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Aluminiumoxidschicht auf die vorgegebene Region des Fensters so aufgebracht, dass das Fenster außerhalb der vorgegebenen Region frei von Aluminiumoxid bleibt. Das Fenster wird an dem Kupferträger so fixiert, dass das Fenster und der Kupferträger außerhalb der vorgegebenen Region einen Abstand zueinander aufweisen. Somit ist ein bereichsweises Fixieren des Fensters an dem Kupferträger möglich. Der Abstand zwischen dem Kupferträger und dem Fenster außerhalb der Fixierung ermöglicht beispielsweise eine leichte Relativbewegung zwischen dem Fenster und dem Kupferträger.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird Kupferoxid flächig an der Oberfläche des Kupferträgers ausgebildet. Die Aluminiumoxidschicht wird vollflächig auf die Oberfläche des Fensters aufgebracht. Die eutektische Verbindung wird an der gesamten Kontaktfläche zwischen dem Fenster und der Oberfläche des Kupferträgers ausgebildet. Somit wird eine möglichst große Verbindungsfläche zwischen dem Fenster und dem Kupferträger realisiert. Die Verbindung zwischen dem Fenster und dem Kupferträger ist somit stabil.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Aluminiumoxidschicht mittels Gasphasenabscheidung auf das Fenster aufgebracht. Beispielsweise wird eine chemische Gasphasenabscheidung und/oder eine physikalische Gasphasenabscheidung verwendet. Auch andere Verfahren zum Aufbringen des Aluminiumoxids auf das Fenster sind möglich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines Laserbauelements ein Bereitstellen eines Gehäusedeckels, der insbesondere mittels eines hier beschriebenen Verfahrens gemäß zumindest einer Ausführungsform hergestellt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein Gehäusekörper bereitgestellt. Der Gehäusekörper ist insbesondere ausgebildet, die Laserquelle zu tragen und elektrische Verbindungen zwischen der Laserquelle und der Umgebung bereitzustellen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird eine Halbleiterlaserdiode in dem Gehäusekörper angeordnet. Die Halbleiterlaserdiode umfasst insbesondere eine oder mehrere Halbleiterlaserchips.
Der Gehäusekörper wird gemäß zumindest einer Ausführungsform mit dem Gehäusedeckel an einer Strahlenaustrittsseite des Laserbauelements verschlossen. Der Gehäusekörper wird an der Strahlenaustrittsseite, an der im Betrieb die Strahlung der Halbleiterlaserdiode emittiert wird, mit dem Gehäusedeckel verschlossen. Beispielsweise werden der Gehäusedeckel und der Gehäusekörper miteinander verlötet und/oder verschweißt. Auch andere Verbindungsverfahren sind möglich. Der Gehäusedeckel ist insbesondere möglichst transparent für die im Betrieb emittierte Strahlung der Halbleiterlaserdiode. Somit ist ein hermetisch dichtes Gehäuse des Laserbauelements realisierbar, das eine Emission der Laserstrahlung ermöglicht, die von der Halbleiterlaserdiode im Inneren des Gehäuses emittiert wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein Gehäusedeckel für ein Laserbauelement ein zumindest teilweise strahlungsdurchlässiges Fenster auf. Das strahlungsdurchlässige Fenster weist ein Aluminiumoxid auf. Das strahlungsdurchlässige Fenster ist insbesondere für Strahlung durchlässig, die im Betrieb von einer Laserquelle des Laserbauelements emittiert wird. Das strahlungsdurchlässige Fenster ist insbesondere aus Aluminiumoxid oder weist Aluminiumoxid und andere Materialien auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Gehäusedeckel einen Kupferträger auf, der ein Kupferoxid in einem Oxidbereich aufweist. Der Kupferträger dient zum Tragen und Halten des Fensters. Das Kupferoxid ist zumindest bereichsweise an einer Oberfläche des Kupferträgers ausgebildet.
Der Gehäusedeckel weist eine eutektische Verbindung zwischen dem Fenster und dem Kupferoxid in dem Oxidbereich auf. Die eutektische Verbindung fixiert das Fenster an dem Kupferträger.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein Gehäusedeckel für ein Laserbauelement das zumindest teilweise strahlungsdurchlässige Fenster auf, das das Aluminiumoxid aufweist. Der Gehäusedeckel weist den Kupferträger auf, der das Kupferoxid in dem Oxidbereich aufweist. Der Gehäusedeckel weist die eutektische Verbindung auf, die das Fenster an dem Kupferträger fixiert. Die eutektische Verbindung ist zwischen dem Fenster und dem Kupferoxid in dem Oxidbereich ausgebildet.
Die eutektische Verbindung zum Fixieren des Fensters an dem Kupferträger ermöglicht eine kostengünstige und dabei ausreichend stabile und hermetisch dichte Verbindung des Fensters an dem Kupferträger. Somit ist ein kostengünstiger, stabiler und ausreichend hermetisch dichter Gehäusedeckel für ein Laserbauelement realisiert.
Der Gehäusedeckel ist insbesondere mittels eines hier beschriebenen Verfahrens hergestellt.
Merkmale, Vorteile und Weiterbildungen des Verfahrens gelten auch für den Gehäusedeckel und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Fenster ein Saphirfenster auf. Die eutektische Verbindung ist zwischen dem Saphirfenster und dem Kupferoxid direkt ausgebildet. Das Saphirfenster, das aus Aluminiumoxid besteht oder dieses zumindest aufweist, ist direkt mit dem Kupferträger verbunden. Es ist insbesondere möglich, auf Zwischenschichten zwischen dem Fenster und dem Kupferträger zu verzichten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Saphirfenster eine Beschichtung auf einer dem Kupferträger zugewandten Oberfläche auf. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen ist die Beschichtung auf einer dem Saphirfenster zugewandten Oberfläche des Kupferträgers ausgebildet. Die eutektische Verbindung ist außerhalb der Beschichtung ausgebildet. Die Beschichtung ermöglicht eine Region, in der keine starre Verbindung zwischen dem Saphirfenster und dem Kupferträger ausgebildet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Fenster eine Aluminiumoxidschicht in einer vorgegebenen Region auf. Die Region korrespondiert mit dem Oxidbereich. Die eutektische Verbindung ist zwischen der Aluminiumoxidschicht und dem Kupferoxid ausgebildet. Somit ist es insbesondere möglich, ein Fenster zu verwenden, das selbst kein Aluminiumoxid aufweist. Beispielsweise ist das Fenster aus einem Glas gebildet. Das Fenster wird in der Region, die mit dem Kupferträger verbunden werden soll, mit der Aluminiumoxidschicht versehen. Korrespondierend ist der Träger in dem Oxidbereich mit dem Kupferoxid versehen. Der Oxidbereich und die Region korrespondieren, sodass die Aluminiumoxidschicht und die Kupferoxidschicht im Kontakt miteinander sind und die eutektische Verbindung ausgebildet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Fenster außerhalb der eutektischen Verbindung beabstandet zum Kupferträger und weist einen Abstand zu dem Kupferträger auf. Der Kupferträger und das Fenster sind bereichsweise starr miteinander verbunden und bereichsweise beabstandet zueinander und somit nicht starr miteinander verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein Laserbauelement einen Gehäusedeckel gemäß zumindest einer Ausführungsform auf.
Das Laserbauelement weist gemäß zumindest einer Ausführungsform einen Gehäusekörper auf. Der Gehäusekörper ist insbesondere aus einem Metall, beispielsweise aus Kupfer.
Das Laserbauelement weist gemäß einer Ausführungsform eine Halbleiterlaserdiode auf. Die Halbleiterlaserdiode weist insbesondere einen oder mehrere Halbleiterlaserchips auf.
Die Laserdiode ist gemäß zumindest einer Ausführungsform in dem Gehäusekörper angeordnet. Der Gehäusekörper ist mit dem Gehäusedeckel an einer Strahlenaustrittsseite des Laserbauelements verschlossen. Somit ist ein hermetisch dichtes Gehäuse aus dem Gehäusekörper und dem Gehäusedeckel gebildet, in dem die Halbleiterlaserdiode vor schädlichen Bedingungen wie Schmutz und Gasen geschützt ist. Insbesondere ist innerhalb des Gehäuses eine vorgegebene Atmosphäre ausgebildet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden, im Zusammenhang mit den Figuren erläuterten Beispielen.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente können in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente sind insbesondere nicht als maßstäblich zu betrachten.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Laserbauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 eine schematische Explosionsansicht des Laserbauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel,
3 eine schematische Darstellung einer Schnittansicht eines Gehäusedeckels gemäß einem Ausführungsbeispiel,
4 eine schematische Darstellung einer Aufsicht auf den Gehäusedeckel der 3,
5 eine schematische Darstellung einer Schnittansicht eines Gehäusedeckels gemäß einem Ausführungsbeispiel,
6 eine schematische Darstellung einer Aufsicht auf den Gehäusedeckel der 5, und
7A bis 7D eine schematische Darstellung eines Herstellungsverfahrens eines Gehäusedeckels gemäß einem Ausführungsbeispiel.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Laserbauelements 100. Das Laserbauelement 100 weist einen Gehäusekörper 101 sowie einen Gehäusedeckel 200 auf. Der Gehäusekörper 101 und der Gehäusedeckel 200 bilden gemeinsam ein Gehäuse für eine Halbleiterlaserdiode 105 (2), die im Inneren des Gehäusekörpers 101 angeordnet ist.
Der Gehäusekörper 101 weist eine oder mehrere Durchführungen 102 auf. In den Durchführungen ist jeweils ein Kontaktstift 103 angeordnet. Der Kontaktstift 103 dient zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterlaserdiode 105 von außerhalb des Gehäuses. Die Durchführung 102 mit dem Kontaktstift 103 ist insbesondere hermetisch abgedichtet.
Der Gehäusekörper 101 weist eine Gehäusewand 104 auf, die sich entlang einer Hauptstrahlungsrichtung der im Betrieb von der Halbleiterlaserdiode 105 emittierten Strahlung erstreckt.
Die Gehäusewand 105 umgibt beispielsweise einen Innenraum, in dem die Halbleiterlaserdiode 105 angeordnet ist. Beispielsweise ist die Halbleiterlaserdiode 105 auf einem Boden des Gehäusekörpers 101 angeordnet. Auf einer dem Boden gegenüberliegenden Seite der Gehäusewand 104 liegt der Gehäusedeckel 200 auf der Gehäusewand 104 auf. Beispielsweise sind in diesem Kontaktbereich die Gehäusewand 104 und der Gehäusedeckel 200 miteinander verbunden, insbesondere hermetisch miteinander verbunden, sodass ein hermetisch abgedichteter Innenraum ausgebildet ist. Beispielsweise ist der Gehäusedeckel 200 mit dem Gehäusekörper 101 verschweißt, verlötet oder auf andere Art verbunden, die eine ausreichend stabile und dichte Verbindung gewährleistet. Der Gehäusekörper 101 ist insbesondere aus einem Metall, beispielsweise aus Kupfer. Der Gehäusekörper 101 weist ein Material auf, das eine gute Verbindung mit dem Gehäusedeckel 200 ermöglicht.
Der Gehäusedeckel 200 ist an einer Strahlenaustrittsseite 106 am Gehäusekörper 101 befestigt. Der Gehäusedeckel 200 ist insbesondere parallel zur Bodenfläche des Gehäusekörpers 101 orientiert. Von der Halbleiterlaserdiode 105 in Abstrahlrichtung 107 abgestrahlte Laserstrahlung kann durch den Gehäusedeckel 200 aus dem Laserbauelement 100 austreten. Der Gehäusedeckel 200 ist hierfür für die von der Halbleiterlaserdiode 105 emittierte Laserstrahlung transparent oder zumindest teilweise transparent.
Wie insbesondere aus 2 ersichtlich, die schematisch eine Explosionsdarstellung des Laserbauelements 100 zeigt, weist der Gehäusedeckel 200 ein Fenster 201 und einen Kupferträger 202 auf. Im Inneren des Gehäusekörpers 101 ist die Halbleiterlaserdiode 105 angeordnet, die insbesondere eine Mehrzahl von Halbleiterlaserchips aufweist. Die Halbleiterlaserchips sind elektrisch mit den Kontaktstiften 103 verbunden (nicht explizit dargestellt).
Der Deckel 200 und insbesondere der Kupferträger 202 wird auf die Gehäusewand 104 aufgesetzt und entlang der Kontaktfläche beispielsweise mittels eines Schweißprozesses mechanisch stabil und bevorzugt hermetisch dicht mit dem Gehäusekörper 101 verbunden. Bei dem Schweißvorgang kann es sich beispielsweise um Elektroschweißen handeln. Somit ist es möglich, dass der Innenraum zwischen dem Gehäusekörper 101 und dem Gehäusedeckel 200, in dem die Halbleiterlaserdiode 105 angeordnet ist, mit einer gewünschten Atmosphäre, beispielsweise mit trockener Luft, befüllt ist. Durch die hermetische Abdichtung des Gehäusekörpers 101 mit dem Gehäusedeckel 200 ist die Halbleiterlaserdiode 105 insbesondere durch schädliche Einflüsse von außerhalb des Gehäuses geschützt. Somit kann eine beschleunigte Alterung und/oder Zerstörung der Halbleiterlaserdiode 105 verringert oder verhindert werden.
Damit die Strahlung der Halbleiterlaserdiode 105 durch den Kupferträger 202 durchdringen kann, weist der Kupferträger 202 eine oder mehrere Ausnehmungen 209 auf. Die Ausnehmungen können kreisförmig sein, wie in der 2 dargestellt. Auch andere Formen für die Ausnehmungen 209 sind möglich. Zudem ist es möglich, die Position sowie die Anzahl der Ausnehmungen 209 an die Art und Position der Halbleiterlaserdiode 105 sowie an die Anzahl der Halbleiterchips anzupassen.
Der Kupferträger 202 ist in seiner Hauptausdehnung entlang einer Fläche ausgedehnt. An dieser Fläche, die insbesondere parallel zum Boden des Gehäusekörpers 101 ausgerichtet ist, sind die Ausnehmungen 209 angeordnet. Im Randbereich des Kupferträgers 202 ist dieser so ausgebildet, dass er mit der Gehäusewand 101 verbindbar ist.
An einer dem Gehäusekörper 101 abgewandten Seite des Kupferträgers 202 ist das Fenster 201 angebracht. Das Fenster 201 ist durchlässig für Strahlung der Wellenlänge, die die Halbleiterlaserdiode 105 im Betrieb emittiert.
Das Fenster 201 und der Kupferträger 202 sind miteinander hermetisch dicht verbunden, wie nachfolgend näher erläutert wird.
3 zeigt eine schematische Darstellung des Gehäusedeckels 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Der Kupferträger 202 weist die Ausnehmungen 209 auf. Seitlich der Ausnehmungen ist an einer dem Fenster 201 zugewandten Oberfläche 208 des Kupferträgers 202 ein Kupferoxid 204 in einem Oxidbereich 203 ausgebildet. Der Oxidbereich 203 verläuft insbesondere geschlossen um den Bereich der Ausnehmungen 209, wie insbesondere aus der Aufsicht wie in 4 dargestellt ersichtlich ist. Somit ist eine nach außen hin hermetisch dichte Verbindung zwischen dem Fenster 201 und dem Kupferträger 202 realisiert.
Beispielsweise ist das Kupferoxid in dem Oxidbereich 203 mittels Erhitzen des Kupferträgers 202 in einer Umgebung ausgebildet, die Sauerstoff enthält. Bereiche des Kupferträgers 202, an denen kein Kupferoxid 204 ausgebildet werden soll, sind beispielsweise während der Ausbildung des Kupferoxids 204 im Oxidbereich 203 mit einer Beschichtung bedeckt (nicht explizit dargestellt).
Das Fenster 201 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel der 3 ein Glasfenster. Das Fenster 201 ist an einer dem Kupferträger 202 zugewandten Oberfläche 211 mit einer Aluminiumoxidschicht 212 versehen. Die Aluminiumoxidschicht 212 ist insbesondere in einer Region 213 auf das Fenster 201 aufgebracht. Weitere Regionen 214 außerhalb der Region 213 sind insbesondere frei von Aluminiumoxid 212. Insbesondere ist das Fenster 201 in der Region 213 mit Aluminiumoxid beschichtet, deren Lage mit der Lage des Oxidbereichs 203 und des Kupferoxids 204 korrespondiert. Die weitere Region 214 korrespondiert mit dem Bereich des Kupferträgers 202, in dem die Ausnehmungen 209 ausgebildet sind. In diesem Bereich tritt im Betrieb die Strahlung der Halbleiterlaserdiode 105 durch den Gehäusedeckel 200 hindurch.
Aufgrund der zumindest bereichsweisen Beschichtung des Fensters 201 mit Aluminiumoxid 212 ist es möglich, eine eutektische Verbindung 205 zwischen dem Fenster 201 und dem Kupferträger 202 auszubilden. Die Aluminiumoxidschicht 212 bildet mit dem Kupferoxid 204 die eutektische Verbindung 205, die eine ausreichend stabile und hermetisch dichte Verbindung zwischen dem Fenster 201 und dem Kupferträger 202 darstellt. Zum Ausbilden der eutektischen Verbindung 205 wird das Fenster 201 mit der Aluminiumoxidschicht 212 so auf das Kupferoxid 204 aufgelegt, dass eine gemeinsame Kontaktfläche 216 zwischen der Aluminiumoxidschicht 212 und dem Kupferoxid 204 gebildet ist. Das Aluminiumoxid 212 und das Kupferoxid 204 berühren sich und bilden beispielsweise nach einer Erwärmung und anschließender Abkühlung die eutektische Verbindung 205 aus.
Beispielsweise in der weiteren Region 214 sind das Fenster 201, insbesondere die Oberfläche 211 des Fensters 201, und der Kupferträger 202, insbesondere die Oberfläche 208 des Kupferträgers 202, voneinander beabstandet, sodass ein Abstand 215 zwischen der Oberfläche 211 des Fensters 201 und der Oberfläche 208 des Kupferträgers 202 ausgebildet ist. In der Region 213 und dem Oxidbereich 203 ist die eutektische Verbindung 205 ausgebildet. In der weiteren Region 214 ist keine unmittelbare mechanische Verbindung zwischen dem Kupferträger 202 und dem Fenster 201 ausgebildet.
5 zeigt eine Schnittansicht des Gehäusedeckels 200 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Das Ausführungsbeispiel der 5 entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der 3 und 4. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 3 und 4 ist im Ausführungsbeispiel der 5 das Fenster 201 ein Saphirfenster 206. Das Fenster 201 ist zumindest an der dem Kupferträger 202 zugewandten Oberfläche 211 aus Saphir. Es ist auch möglich, dass das gesamte Fenster 201 aus Saphir gebildet ist und das Saphirfenster 206 ausbildet. Das Saphirfenster ist ohne eine zusätzliche Beschichtung und insbesondere ohne die zusätzliche Aluminiumoxidschicht 212 direkt mittels der eutektischen Verbindung 205 mit dem Kupferträger 202 verbindbar.
Auf der Oberfläche 208 des Kupferträgers 202 wird im Oxidbereich 203 das Kupferoxid 204 ausgebildet. Insbesondere wird das Kupferoxid 204 auf der Oberfläche 204 flächig so ausgebildet, dass es in einer gesamten Kontaktfläche 207 vorhanden ist. Die Kontaktfläche 207 ist der Bereich, in dem das Saphirfenster 206 mit dem Kupferträger 202 in Kontakt gelangt. Wie auch aus 6 ersichtlich, die eine Aufsicht auf den Gehäusedeckel 200 der 5 zeigt, ist der Oxidbereich 203 an der gesamten Kontaktfläche 207 zwischen dem Saphirfenster 206 und dem Kupferträger 202 ausgebildet. Somit ist eine flächige eutektische Verbindung 205 zwischen dem Saphirfenster 206 und der Oberfläche 208 des Kupferträgers 202 ausgebildet. Die eutektische Verbindung 205 zwischen dem Kupferoxid 204 und dem Saphirfenster 206 ist unmittelbar möglich, da das Saphirfenster 206 selbst eine Keramik ist, die ein Aluminiumoxid aufweist oder aus Aluminiumoxid besteht.
7 zeigt den Gehäusedeckel 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel zu verschiedenen Schritten während der Herstellung.
Gemäß Figur A wird das Fenster 201 bereitgestellt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Fenster 201 ein Glasfenster, das in der Region 213 mit einer Aluminiumoxidschicht 212 beschichtet wurde. Die weitere Region 214 außerhalb der Region 213 ist frei von der Aluminiumoxidschicht 212.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen ist die gesamte Oberfläche 211 des Fensters 201 mit der Aluminiumoxidschicht 212 beschichtet.
7B zeigt das Bereitstellen des Kupferträgers 202. Der Kupferträger 202 weist die Ausnehmungen 209 in einem mittleren Bereich auf. Außerhalb des mittleren Bereichs ist der Oxidbereich 203 vorgesehen, in dem das Kupferoxid 204 ausgebildet ist.
Gemäß 7C wird das Fenster 201 auf den Kupferträger 202 aufgelegt. Das Fenster 201 wird so auf den Kupferträger 202 aufgelegt, dass die Aluminiumoxidschicht 212 in Kontakt mit dem Kupferoxid 204 gelangt.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen, in denen das Fenster 201 das Saphirfenster 206 ist, wird auf das Aufbringen der Aluminiumoxidschicht 212 verzichtet. Folglich wird in 7C das Fenster 201 vollflächig mit Ausnahme der Ausnehmungen 207 auf die Oberfläche 208 des Kupferträgers 202 gelegt. Die gemeinsame Kontaktfläche 207 zwischen dem Saphirfenster 206 und dem Kupferträger 202 bildet sich folglich entlang der gesamten Oberfläche 211 des Fensters 201 aus außer an den Ausnehmungen 209.
Nachfolgend wird der Kupferträger 202 und/oder die Aluminiumoxidschicht 212 und/oder das Saphirfenster 206 so erhitzt, dass die eutektische Verbindung 205 zwischen dem Kupferoxid 204 und dem Aluminiumoxid des Fensters 201 ausgebildet wird. Hierfür wird nicht die gesamte Aluminiumoxidschicht 212 aufgeschmolzen beziehungsweise nicht das gesamte Saphirfenster 206 aufgeschmolzen. Es wird auch nicht der gesamte Kupferträger 202 aufgeschmolzen. Lediglich im Kontaktbereich zwischen dem Aluminiumoxid 212 beziehungsweise dem Saphirfenster 206 und dem Kupferoxid 204 entsteht ein flüssiges Eutektikum des Kupferoxids 204. Dieses benetzt das Aluminiumoxid beziehungsweise den Saphir und bildet ein Kupferaluminat aus. Nach dem Abkühlen kristallisiert das Kupferoxid 204 und verbindet so den Kupferträger 202 mit der Aluminiumoxidschicht 212 beziehungsweise dem Saphirfenster 206.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen wird auch bei dem Saphirfenster 206 anstatt der vollflächigen eutektischen Verbindung 205 lediglich in einem Randbereich die eutektische Verbindung 205 ausgebildet, korrespondierend zum Ausführungsbeispiel der 3 und 4. Hierfür wird beispielsweise zwischen dem Fenster 206 und dem Kupferträger 202 eine Beschichtung vorgesehen, sodass in diesem Bereich das Saphirfenster 206 nicht in Kontakt mit dem Kupferträger 202 und insbesondere nicht in Kontakt mit Kupferoxid 204 gelangt.
Die eutektische Verbindung 205 ist also sowohl bei dem Fenster 201 aus Glas als auch bei dem Saphirfenster 206 sowohl lediglich bereichsweise möglich als auch vollflächig in der gesamten Kontaktfläche 207.
Der Gehäusedeckel 200 mit der eutektischen Verbindung 205 zwischen dem Fenster 201 und dem Kupferträger 202 ermöglicht ein kostengünstiges Laserbauelement 100. Anstatt der herkömmlich verwendeten Edelmetalle können kostengünstigere Materialien verwendet werden. Dabei ist die hermetische Verbindung 205 stabiler als herkömmliche Löt- oder Schweißverbindungen. Außerdem kann auf die Vorbereitungsschritte verzichtet werden, die herkömmlich für Schweißen oder Löten notwendig sind. Die eutektische Verbindung 205 ermöglicht außerdem eine großflächige Verbindung zwischen dem Fenster 201 und dem Kupferträger 202.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

100: Laserbauelement
101: Gehäusekörper
102: Durchführung
103: Kontaktstift
104: Gehäusewand
105: Halbleiterlaserdiode
106: Strahlenaustrittsseite
107: Strahlungsrichtung
200: Gehäusedeckel
201: Fenster
202: Kupferträger
203: Oxidbereich
204: Kupferoxid
205: eutektische Verbindung
206: Saphirfenster
207: gemeinsame Kontaktfläche
208: Oberfläche des Kupferträger
209: Ausnehmung
211: Oberfläche des Fensters
212: Aluminiumoxidschicht
213: Region
214: weitere Region
215: Abstand
216: Kontaktfläche

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Gehäusedeckels (200) für ein Laserbauelement (100), umfassend: - Bereitstellen eines zumindest teilweise strahlungsdurchlässigen Fensters (201), das ein Aluminiumoxid aufweist, - Bereitstellen eines Kupferträgers (202) für das Fenster (201), - Ausbilden eines Kupferoxids (204) in einem Oxidbereichs (203) auf dem Kupferträger, - Anordnen des Fensters (201) an dem Oxidbereich (203), - Ausbilden einer eutektischen Verbindung (205) zwischen dem Fenster (201) und dem Kupferoxid (204) in dem Oxidbereich (203), und dadurch - Fixieren des Fensters (201) an dem Kupferträger (202).
Verfahren nach Anspruch 1, beim dem das Fenster (201) ein Saphirfenster (206) aufweist, umfassend: - Auflegen des Saphirfensters (206) direkt auf den Oxidbereich (203), sodass das Saphirfenster (206) und das Kupferoxid (204) eine gemeinsame Kontaktfläche (207) aufweisen, - Ausbilden der eutektischen Verbindung (205) direkt zwischen dem Saphirfenster (206) und dem Kupferoxid (204).
Verfahren nach Anspruch 2, umfassend: - Ausbilden des Kupferoxids (204) flächig an einer Oberfläche (208) des Kupferträgers (202), - Ausbilden der eutektischen Verbindung (205) an der gesamten Kontaktfläche (207) zwischen dem Saphirfenster (206) und der Oberfläche (208) des Kupferträgers (202).
Verfahren nach Anspruch 2, umfassend: - Ausbilden einer Beschichtung auf einer Oberfläche (211) des Saphirfensters (206), - Ausbilden der eutektischen Verbindung (205) an der Oberfläche (211) des Saphirfensters (206) außerhalb der Beschichtung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend: - Aufbringen einer Aluminiumoxidschicht (212) auf eine vorgegebene Region (213) des Fensters (201), wobei die Region (213) mit dem Oxidbereich (203) korrespondiert, - Ausbilden der eutektischen Verbindung (205) zwischen der Aluminiumoxidschicht (212) und dem Kupferoxid (204).
Verfahren nach Anspruch 5, umfassend: - Aufbringen der Aluminiumoxidschicht (212) auf die vorgegebene Region (213) des Fensters so, dass das Fenster außerhalb der vorgegebenen Region (213) frei von Aluminiumoxid bleibt, - Fixieren des Fensters (201) an dem Kupferträger (202) so, dass das Fenster (201) und der Kupferträger (202) außerhalb der vorgegebenen Region (213) einen Abstand (215) zueinander aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 5, umfassend: - Ausbilden des Kupferoxids (204) flächig an der Oberfläche (208) des Kupferträgers (202), - Aufbringen der Aluminiumoxidschicht (212) vollflächig auf eine Oberfläche (211) des Fensters (201), - Ausbilden der eutektischen Verbindung (206) an der gesamten Kontaktfläche (207) zwischen dem Fenster (201) der Oberfläche (208) des Kupferträgers (202).
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, umfassend: - Aufbringen der Aluminiumoxidschicht (212) mittels Gasphasenabscheidung.
Verfahren zum Herstellen eines Laserbauelements (100), umfassend: - Bereitstellen eines Gehäusedeckels (200) hergestellt mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, - Bereitstellen eines Gehäusekörpers (101), - Anordnen einer Halbleiterlaserdiode (105) in dem Gehäusekörper (101), - Verschließen des Gehäusekörpers (101) mit dem Gehäusedeckel (200) an einer Strahlenaustrittsseite (106) des Laserbauelements (100).
Gehäusedeckel für ein Laserbauelement (100), aufweisend: - ein zumindest teilweise strahlungsdurchlässigen Fenster (201), das ein Aluminiumoxid aufweist, - einen Kupferträgers (202), der ein Kupferoxid (204) in einem Oxidbereich (203) aufweist, - eine eutektischen Verbindung (205) zwischen dem Fenster (201) und dem Kupferoxid (204) in dem Oxidbereich (203), die das Fenster (201) an dem Kupferträger (202) fixiert.
Gehäusedeckel nach Anspruch 10, bei dem - das Fenster (201) ein Saphirfenster (206) aufweist, und - die eutektische Verbindung (205) direkt zwischen dem Saphirfenster (206) und dem Kupferoxid (204) ist.
Gehäusedeckel nach Anspruch 11, bei dem - das Saphirfenster (206) eine Beschichtung auf einer dem Kupferträger (202) zugewandten Oberfläche (211) aufweist, und - die eutektische Verbindung (205) außerhalb der Beschichtung ausgebildet ist.
Gehäusedeckel nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem - das Fenster (201) eine Aluminiumoxidschicht (212) in einer vorgegebenen Region (213) des Fensters (201) aufweist, wobei die Region (213) mit dem Oxidbereich (203) korrespondiert, und - die eutektischen Verbindung (205) zwischen der Aluminiumoxidschicht (212) und dem Kupferoxid (204) ist.
Gehäusedeckel nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem das Fenster (201) außerhalb der eutektischen Verbindung (205) einen Abstand (215) zu dem Kupferträger (202) aufweist.
Laserbauelement, aufweisend: - einen Gehäusedeckel (200) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, - einen Gehäusekörper (101), - eine Halbleiterlaserdiode (105), die in dem Gehäusekörper (101) angeordnet ist, wobei der Gehäusekörper (101) mit dem Gehäusedeckel (200) an einer Strahlenaustrittsseite (106) des Laserbauelements (100) verschlossen ist.