DE102020132133A1

DE102020132133A1 - Strahlungsemittierendes laserbauteil und verfahren zur herstellung eines strahlungsemittierenden laserbauteils

Info

Publication number: DE102020132133A1
Application number: DE102020132133.3A
Authority: DE
Inventors: Jörg Erich Sorg
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2020-12-03
Filing date: 2020-12-03
Publication date: 2022-06-09
Also published as: WO2022117501A1; DE112021004885A5; CN116547875A; US20240006841A1

Abstract

Es wird ein strahlungsemittierendes Laserbauteil (1) angegeben mit:- einer kantenemittierenden Laserdiode (2), die zur Erzeugung von elektromagnetischer Laserstrahlung ausgebildet ist, und- einem Substrat (3), auf dem die kantenemittierende Laserdiode (2) angeordnet ist, wobei- die kantenemittierende Laserdiode (2) eine Kontaktschicht (6) umfasst,- das Substrat (3) einen Substrat-Steg (5) aufweist, und- die Kontaktschicht (6) mit dem Substrat-Steg (5) mittels einer Lotschicht (7) mechanisch stabil verbunden ist.Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Laserbauteils (1) angegeben.

Description

Es wird ein strahlungsemittierendes Laserbauteil angegeben. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Laserbauteils angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein strahlungsemittierendes Laserbauteil anzugeben, das besonders zuverlässig ist. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen strahlungsemittierenden Laserbauteils anzugeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das strahlungsemittierende Laserbauteil eine kantenemittierende Laserdiode, die zur Erzeugung von elektromagnetischer Laserstrahlung ausgebildet ist. Beispielsweise ist die kantenemittierende Laserdiode dazu ausgebildet elektromagnetische Laserstrahlung von einer Facette auszusenden.
Die kantenemittierende Laserdiode weist beispielsweise eine Haupterstreckungsebene auf. Eine vertikale Richtung verläuft senkrecht zur Haupterstreckungsebene und laterale Richtungen verlaufen parallel zur Haupterstreckungsebene. Weiterhin erstreckt sich die kantenemittierende Laserdiode beispielsweise entlang einer Haupterstreckungsrichtung, die parallel zu einer der lateralen Richtungen ausgerichtet ist.
Beispielsweise ist die Facette in einer Ebene angeordnet, die sich im Wesentlichen senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung erstreckt. Im Wesentlichen senkrecht bedeutet, dass die Seitenfläche höchstens um 5°, insbesondere um höchstens 1°, zu einer Normalen der Haupterstreckungsrichtung geneigt ist. Bei der elektromagnetischen Laserstrahlung handelt es sich insbesondere um monochromatisches und kohärentes Laserlicht. Die elektromagnetische Laserstrahlung ist z.B. infrarote, IR, Strahlung, sichtbare Strahlung oder ultraviolette, UV, Strahlung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das strahlungsemittierende Laserbauteil ein Substrat, auf dem die kantenemittierende Laserdiode angeordnet ist. Beispielsweise umfasst das Substrat, unter anderem, eine Basisplatte. Die Basisplatte weist eine Haupterstreckungsebene auf, die sich in lateralen Richtungen erstreckt. Weiterhin weist das Substrat beispielsweise eine Haupterstreckungsrichtung auf, die parallel zur Haupterstreckungsrichtung der kantenemittierenden Laserdiode verläuft.
Bei dem Substrat handelt es sich beispielsweise um einen Anschlussträger der kantenemittierenden Laserdiode. Durch das Substrat ist die kantenemittierende Laserdiode zum Beispiel bestrombar. Weiterhin ist die kantenemittierende Laserdiode durch das Substrat beispielsweise entwärmbar.
Das Substrat ist beispielsweise mit einem metallischen und/oder keramischen Material gebildet oder besteht daraus. Insbesondere ist die Basisplatte mit einem keramischen Material gebildet oder besteht daraus.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Laserbauteils umfasst die kantenemittierende Laserdiode eine Kontaktschicht. Durch die Kontaktschicht ist ein Halbleiterkörper der kantenemittierenden Laserdiode zum Beispiel bestrombar. Weiterhin ist der Halbleiterkörper der kantenemittierenden Laserdiode durch das Substrat beispielsweise entwärmbar.
Die Kontaktschicht weist beispielsweise eine Höhe in vertikaler Richtung von mindestens 0,05 Mikrometer und höchstens 5 Mikrometer, beispielsweise in etwa 1 Mikrometer auf. Die Kontaktschicht umfasst beispielsweise eines oder mehrere der folgenden Metalle oder besteht daraus: Cu, Ti, Pt, Au, Ni, Rh, Pd, Cr.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Laserbauteils weist das Substrat einen Substrat-Steg auf. Insbesondere umfasst das Substrat die Basisplatte und den Substrat-Steg. Der Substrat-Steg ist beispielsweise auf der Basisplatte angeordnet. Zum Beispiel steht der Substrat-Steg mit der Basisplatte in direktem Kontakt.
Der Substrat-Steg umfasst zum Beispiel eine Deckfläche und daran angrenzende Seitenflächen. Die Deckfläche ist insbesondere der kantenemittierenden Laserdiode zugewandt. Der Substrat-Steg erstreckt sich in lateralen Richtungen beispielsweise entlang der Haupterstreckungsrichtung der kantenemittierenden Laserdiode.
Die Deckfläche des Substrat-Stegs ist beispielsweise über die Seitenflächen mit zurückgesetzten Außenflächen des Substrat-Stegs verbunden. Die zurückgesetzten Außenflächen des Substrat-Stegs bedecken zum Beispiel die Basisplatte nur stellenweise. Randbereiche der Basisplatte sind beispielsweise frei von den zurückgesetzten Außenflächen des Substrat-Stegs.
Der Substrat-Steg umfasst beispielsweise ein Metall oder besteht daraus. Beispielsweise ist der Substrat-Steg aus einem anderen Material gebildet wie die Basisplatte.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Laserbauteils ist die Kontaktschicht mit dem Substrat-Steg mittels einer Lotschicht mechanisch stabil verbunden. Insbesondere sind die kantenemittierende Laserdiode und das Substrat mittels der Lotschicht mechanisch stabil verbunden.
Die Lotschicht weist beispielsweise eine Höhe in vertikaler Richtung von mindestens 0,5 Mikrometer und höchstens 5 Mikrometer, beispielsweise in etwa 2 Mikrometer auf. Die Lotschicht umfasst beispielsweise ein Metall oder besteht daraus. Die Lotschicht ist beispielsweise mit AuSn gebildet, wobei ein Massenanteil von Au insbesondere 70% ± 5% ist.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das strahlungsemittierende Laserbauteil eine kantenemittierende Laserdiode, die zur Erzeugung von elektromagnetischer Laserstrahlung ausgebildet ist, und ein Substrat, auf dem die kantenemittierende Laserdiode angeordnet ist. Die kantenemittierende Laserdiode umfasst eine Kontaktschicht und das Substrat weist einen Substrat-Steg auf, wobei die Kontaktschicht mit dem Substrat-Steg mittels einer Lotschicht mechanisch stabil verbunden ist.
Beispielsweise ist es möglich, dass die kantenemittierende Laserdiode aus einem Wafer-Verbund durch Laser-Ritzen vereinzelt wird. Insbesondere basiert der Halbleiterkörper der Laserdiode auf GaN. Bei dem Laser-Ritzen wird beispielsweise das GaN-Material des Halbleiterkörpers der Laserdiode in metallisches Ga und N₂ zersetzt. Der entstehende Stickstoff ist hierbei insbesondere flüchtig, sodass das entstehende Gallium als Schlacke auf einer Seitenfläche des Halbleiterkörpers verbleibt.
Beispielsweise wird die kantenemittierende Laserdiode beim Aufbringen auf ein Substrat auf ca. 300°C geheizt. Da reines Gallium beispielsweise eine Liquidustemperatur von 29,76°C aufweist, können die bei der Vereinzelung zurückbleibenden Gallium Reste, die insbesondere sehr beweglich sind, zu einem direkten Kontakt zwischen der Laserdiode und einem Substrat ohne Substrat-Steg führen. Dies hat beispielsweise Kurz- und Nebenschlüsse zur Folge.
Eine Idee des hier beschriebenen strahlungsemittierenden Laserbauteils ist unter anderem, dass ein Abstand zwischen der kantenemittierenden Laserdiode und der Basisplatte im Vergleich zu einem Substrat ohne Substrat-Steg mit Vorteil erhöht ist. Durch eine derartige räumliche Trennung der kantenemittierenden Laserdiode und des Substrats, insbesondere der Basisplatte, können die Gallium Reste keinen direkten elektrisch leitenden Kontakt zwischen der Laserdiode und dem Substrat, insbesondere der Basisplatte, herstellen. Ein derartiges strahlungsemittierendes Laserbauteil ist mit Vorteil besonders zuverlässig.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Laserbauteils weist die kantenemittierende Laserdiode einen Halbleiterkörper mit einem Steg auf.
Beispielsweise umfasst der Halbleiterkörper eine erste Halbleiterschichtenfolge eines ersten Leitfähigkeitstyps und eine zweite Halbleiterschichtenfolge eines vom ersten Leitfähigkeitstyp verschiedenen zweiten Leitfähigkeitstyps. Der Halbleiterkörper umfasst beispielsweise ein Halbleitersubstrat, auf dem die erste Halbleiterschichtenfolge und die zweite Halbleiterschichtenfolge angeordnet sind.
Beispielsweise ist die erste Halbleiterschichtenfolge p-dotiert und damit p-leitend ausgebildet. Weiterhin ist die zweite Halbleiterschichtenfolge zum Beispiel n-dotiert und damit n-leitend ausgebildet. Damit handelt es sich bei dem ersten Leitfähigkeitstyp beispielsweise um einen p-leitenden Typ und bei dem zweiten Leitfähigkeitstyp beispielsweise um einen n-leitenden Typ. Alternativ handelt es sich bei dem ersten Leitfähigkeitstyp beispielsweise um einen n-leitenden Typ und bei dem zweiten Leitfähigkeitstyp beispielsweise um einen p-leitenden Typ.
Der Halbleiterkörper ist zum Beispiel epitaktisch gewachsen. Das heißt, beispielsweise sind die erste Halbleiterschichtenfolge und die zweite Halbleiterschichtenfolge epitaktisch in vertikaler Richtung übereinander und auf dem Halbleitersubstrat gewachsen.
Zwischen der ersten Halbleiterschichtenfolge und der zweiten Halbleiterschichtenfolge ist beispielsweise ein aktiver Bereich angeordnet, der dazu ausgebildet ist elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Beispielsweise wird die in dem aktiven Bereich erzeugte elektromagnetische Strahlung in dem Halbleiterkörper in elektromagnetische Laserstrahlung umgewandelt. Im Gegensatz zu elektromagnetischer Strahlung, die ausschließlich durch spontane Emission erzeugt wird, weist die elektromagnetische Laserstrahlung typischerweise eine sehr hohe Kohärenzlänge, ein sehr enges Emissionsspektrum und/oder einen hohen Polarisationsgrad auf.
Der Halbleiterkörper ist bevorzugt aus einem III/V-Verbindungshalbleiter gebildet oder weist ein III/V-Verbindungshalbleiter auf. Bei dem III/V-Verbindungshalbleiter kann es sich um ein Arsenid-Verbindungshalbleiter, ein Nitrid-Verbindungshalbleiter oder ein Phosphid-Verbindungshalbleiter handeln.
Beispielsweise ist das Halbleitersubstrat dem Substrat abgewandt. Das heißt, die erste Halbleiterschichtenfolge und die zweite Halbleiterschichtenfolge sind dem Substrat beispielsweise zugewandt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Laserbauteils weist der Steg des Halbleiterkörpers eine Deckfläche und daran angrenzende Seitenflächen auf. Beispielsweise ist der Steg des Halbleiterkörpers durch einen stegförmigen erhöhten Bereich des Halbleiterkörpers gebildet. Der Steg des Halbleiterkörpers ragt zum Beispiel als Vorsprung aus einer zurückgesetzten Außenfläche des Halbleiterkörpers heraus. Der Steg des Halbleiterkörpers erstreckt sich in lateraler Richtung beispielsweise entlang der Haupterstreckungsrichtung der kantenemittierenden Laserdiode.
Die zurückgesetzte Außenfläche ist beispielsweise seitlich des Stegs des Halbleiterkörpers angeordnet. Zum Beispiel ist die Deckfläche des Stegs des Halbleiterkörpers über die daran angrenzenden Seitenflächen des Stegs des Halbleiterkörpers mit der zurückgesetzten Außenfläche direkt verbunden. Insbesondere bilden die Deckfläche und die Seitenflächen sowie die zurückgesetzte Außenfläche ein Stufenprofil.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Laserbauteils bedeckt die Kontaktschicht die Deckfläche und die Seitenflächen des Stegs des Halbleiterkörpers und die zurückgesetzte Außenfläche des Halbleiterkörpers. Der Steg des Halbleiterkörpers ist beispielsweise in der Kontaktschicht eingebettet. Eingebettet heißt hier, dass die Deckfläche und die Seitenflächen des Stegs des Halbleiterkörpers vollständig mit der Kontaktschicht bedeckt sind. Beispielsweise stehen die Deckfläche und die Seitenflächen des Stegs des Halbleiterkörpers in direktem Kontakt zu der Kontaktschicht.
Die zurückgesetzte Außenfläche des Halbleiterkörpers ist beispielsweise nur teilweise mit der Kontaktschicht bedeckt. Beispielsweise ist zumindest ein Randbereich der zurückgesetzten Außenfläche frei von der Kontaktschicht. In dem Randbereich ist der Halbleiterkörper zum Beispiel frei zugänglich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Laserbauteils sind der Steg des Halbleiterkörpers und der Substrat-Steg einander zugewandt. Insbesondere sind der Steg des Halbleiterkörpers und der Substrat-Steg gegenüber voneinander positioniert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Laserbauteils ist der Steg des Halbleiterkörpers in lateralen Richtungen asymmetrisch in der Kontaktschicht angeordnet. Beispielsweise erstrecken sich die Kontaktschicht und der Steg des Halbleiterkörpers in lateralen Richtungen beide entlang der Haupterstreckungsrichtung der kantenemittierenden Laserdiode. Ein Querschnitt senkrecht zu der Haupterstreckungsrichtung durch die Kontaktschicht und den Steg des Halbleiterkörpers weist beispielsweise keine Spiegelsymmetrie entlang der Haupterstreckungsrichtung auf.
Der Steg des Halbleiterkörpers ist beispielsweise in lateralen Richtungen nicht zentriert in der Kontaktschicht angeordnet. Insbesondere weist der Steg des Halbleiterkörpers zu einer ersten Seitenfläche des Halbleiterkörpers einen größeren Abstand auf als zu einer der ersten Seitenfläche gegenüberliegenden zweiten Seitenfläche des Halbleiterkörpers oder umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Laserbauteils umfasst der Halbleiterkörper eine erste Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps und eine zweite Halbleiterschicht eines vom ersten Leitfähigkeitstyp verschiedenen zweiten Leitfähigkeitstyps, und die erste Halbleiterschicht ist dem Substrat zugewandt.
Beispielsweise ist die Kontaktschicht auf der ersten Halbleiterschicht angeordnet. Die erste Halbleiterschicht ist beispielsweise nur teilweise mit der Kontaktschicht bedeckt. Beispielsweise ist zumindest ein Randbereich der ersten Halbleiterschicht frei von der Kontaktschicht. In dem Randbereich ist die erste Halbleiterschicht zum Beispiel frei zugänglich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Laserbauteils ist der erste Leitfähigkeitstyp ein p-typ Leitfähigkeitstyp.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Laserbauteils überlappen der Substrat-Steg und die Kontaktschicht in Draufsicht in lateralen Richtungen miteinander. Beispielsweise weisen der Substrat-Steg und die Kontaktschicht in lateralen Richtungen zu großen Teilen gleiche Dimensionen auf. Zu großen Teilen gleiche Dimensionen heißt hier, dass eine Breite des Substrat-Stegs und eine Breite der Kontaktschicht zu höchstens +/- 10%, insbesondere zu höchstens +/- 5%, verschieden voneinander sind. Die Breiten erstrecken sich senkrecht zu der Haupterstreckungsrichtung der kantenemittierenden Laserdiode.
Eine Länge des Substrat-Stegs ist beispielsweise größer als eine Länge der Kontaktschicht. Die Längen erstrecken entlang der kantenemittierenden Laserdiode.
Beispielsweise ist es möglich, dass der Substrat-Steg und die Kontaktschicht eine gleiche Breite aufweisen. Zum Beispiel sind zumindest eine Seitenfläche des Substrat-Stegs und zumindest eine Seitenfläche der Kontaktschicht in einer gemeinsamen Ebene, die in vertikaler Richtung verläuft, angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Laserbauteils überragt die Lotschicht zumindest eine Seitenfläche des Substrat-Stegs in lateralen Richtungen nicht. Beispielsweise ist die Seitenfläche des Substrat-Stegs im Wesentlichen frei von der Lotschicht. Im Wesentlichen frei heißt, dass herstellungsbedingt kleine Partikel eines Lotmaterials der Lotschicht auf der Seitenfläche angeordnet sein können.
Vorteilhafterweise kann damit eine Zuverlässigkeit des strahlungsemittierenden Laserbauteils weiter erhöht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Laserbauteils ist auf dem Substrat mit dem Substrat-Steg eine metallische Schicht angeordnet. Beispielsweise bedeckt die metallische Schicht den Substrat-Steg vollständig. Insbesondere bedeckt die metallische Schichte eine Deckfläche und daran angrenzende Seitenflächen des Substrat-Stegs vollständig. Zum Beispiel steht die metallische Schicht mit dem Substrat-Steg, insbesondere mit der Deckfläche den Seitenflächen, in direktem Kontakt. Weiterhin ist die Basisplatte zumindest teilweise mit der Kontaktschicht bedeckt.
Die metallische Schicht weist beispielsweise eine Höhe in vertikaler Richtung von mindestens 0,1 Mikrometer und höchstens 0,5 Mikrometer auf. Die metallische Schicht umfasst beispielsweise eines oder mehrere der folgenden Metalle oder besteht daraus: Au, Pt, Ti. Beispielsweise umfasst die metallische Schicht mehrere Lagen, wobei jeweils eine Lage mit einem der Metalle gebildet ist.
Durch die metallische Schicht ist das Substrat besonders zuverlässig mit der kantenemittierenden Laserdiode verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Laserbauteils weist der Substrat-Steg eine Höhe von mindestens 5 Mikrometer und höchstens 15 Mikrometer auf. Beispielsweise beträgt die Höhe des Substrat-Stegs in vertikaler Richtung in etwa 10 Mikrometer.
Es wird darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Laserbauteils angegeben. Mit dem Verfahren kann insbesondere ein hier beschriebenes strahlungsemittierendes Laserbauteil hergestellt werden. Das heißt, das hier beschriebene strahlungsemittierende Laserbauteil ist mit dem beschriebenen Verfahren herstellbar oder wird mit dem beschriebenen Verfahren hergestellt. Sämtliche in Verbindung mit dem strahlungsemittierenden Laserbauteil offenbarten Merkmale sind daher auch in Verbindung mit dem Verfahren offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine kantenemittierende Laserdiode, die eine Kontaktschicht umfasst, bereitgestellt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Substrat, das einen Substrat-Steg aufweist, bereitgestellt. Beispielsweise wird der Substrat-Steg auf eine Basisplatte aufgebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Lotmaterial auf den Substrat-Steg oder die Kontaktschicht aufgebracht. Insbesondere umfasst das Lotmaterial die gleichen Materialien wie die Lotschicht.
Das Lotmaterial weist beispielsweise eine Höhe in vertikaler Richtung von mindestens 1 Mikrometer und höchstens 5 Mikrometer, beispielsweise 3 Mikrometer auf. Beispielsweise ist die Höhe des Lotmaterials größer als eine Höhe der Lotschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die kantenemittierende Laserdiode auf das Substrat aufgebracht. Die kantenemittierende Laserdiode, insbesondere die Kontaktschicht, und das Substrat, insbesondere der Substrat-Steg, sind über das Lotmaterial direkt miteinander verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Lotmaterial auf eine erste Temperatur geheizt. Das Lotmaterial wird beispielsweise derart geheizt, dass sich das Lotmaterial mit der kantenemittierenden Laserdiode, insbesondere der Kontaktschicht, verbindet. Weiterhin wird das Lotmaterial beispielsweise derart geheizt, dass sich das Lotmaterial mit dem Substrat, insbesondere dem Substrat-Steg, verbindet. Bei dem Verbinden handelt es sich zum Beispiel um einen Lötprozess.
Beispielsweise weist die erste Temperatur eine Temperatur von mindestens 200°C und höchstens 400°C auf. Beispielsweise ist die erste Temperatur in etwa 300°C. Das Lotmaterial weist insbesondere bei der ersten Temperatur einen flüssigen Aggregatszustand auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine Lotschicht durch ein Abkühlen des Lotmaterials erzeugt. Die Lotschicht wird beispielsweise zu einer zweiten Temperatur abgekühlt. Die zweite Temperatur beträgt beispielsweise 30°C. Durch das Abkühlen verfestigt sich das Lotmaterial. Nach dem Abkühlen weist das Lotmaterial einen festen Aggregatszustand auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist die Kontaktschicht mit dem Substrat-Steg mittels der Lotschicht mechanisch stabil verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Lotmaterial in lateralen Richtungen asymmetrisch auf dem Substrat-Steg oder der Kontaktschicht aufgebracht.
Ein Querschnitt senkrecht zu der Haupterstreckungsrichtung durch den Substrat-Steg und/oder die Kontaktschicht und durch das Lotmaterial weist beispielsweise keine Spiegelsymmetrie entlang der Haupterstreckungsrichtung auf. Das Lotmaterial ist beispielsweise in lateralen Richtungen nicht zentriert auf dem Substrat-Steg oder auf der Kontaktschicht angeordnet. Insbesondere weist das Lotmaterial der ersten Seitenfläche des Halbleiterkörpers einen größeren Abstand auf als zu der zweiten Seitenfläche des Halbleiterkörpers oder umgekehrt.
Beispielsweise kann das Substrat und die Kontaktschicht entlang der Haupterstreckungsrichtung durch eine virtuelle Linie in zwei gleich große Teile, in einen ersten Teil und einen zweiten Teil, geteilt werden. Ist der Steg des Halbleiterkörpers innerhalb des ersten Teils angeordnet, weist der zweite Teil eine größere Menge des Lotmaterials auf als der erste Teil oder umgekehrt. Ist der Steg des Halbleiterkörpers innerhalb des ersten Teils angeordnet, weist der zweite Teil insbesondere eine größere Bedeckungsfläche mit dem Lotmaterial auf als der erste Teil oder umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens überragt die Lotschicht in Abhängigkeit einer Menge des Lotmaterials zumindest eine Seitenfläche des Substrat-Stegs nicht. Insbesondere überragt die Lotschicht in Abhängigkeit der Bedeckungsfläche des Lotmaterials des ersten Teils und des zweiten Teils die Seitenfläche des Substrat-Stegs nicht.
Beispielsweise ist die Seitenfläche des Substrat-Stegs im Wesentlichen frei von dem Lotmaterial. Im Wesentlichen frei heißt, dass Herstellungsbedingt kleine Partikel des Lotmaterials der Lotschicht auf der Seitenfläche angeordnet sein können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird bei dem Heizen das Substrat zumindest stellenweise mit einem Laserprozess geheizt. Durch den Laserprozess kann das Substrat nur lokal in einer Region geheizt werden, wo der Substrat-Steg positioniert ist. Beispielsweise wird die Region mit einem Infrarotlaser bestrahlt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird bei dem Heizen die kantenemittierende Laserdiode zumindest stellenweise mit einem Laserprozess geheizt. Durch den Laserprozess kann die kantenemittierende Laserdiode nur in einer Region geheizt werden, wo die Kontaktschicht positioniert ist.
Alternativ kann die kantenemittierende Laserdiode und das Substrat mittels eines Heizstempels von beiden Seiten geheizt werden.
Nachfolgend werden das strahlungsemittierende Laserbauteil und das Verfahren zur Herstellung des strahlungsemittierenden Laserbauteils unter Bezugnahme auf die Figuren anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:

1 und 2 schematische Schnittdarstellungen eines strahlungsemittierenden Laserbauteils gemäß jeweils einem Ausführungsbeispiel, und
3 eine schematische Schnittdarstellung eines Verfahrensstadiums bei der Herstellung eines strahlungsemittierenden Laserbauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Das strahlungsemittierende Laserbauteil gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 umfasst eine kantenemittierende Laserdiode 2 und ein Substrat 3, auf dem die kantenemittierende Laserdiode 2 angeordnet ist.
Die kantenemittierende Laserdiode 2 weist einen Halbleiterkörper 8 mit einem Steg 12 auf. Der Steg des Halbleiterkörpers 12 ragt als Vorsprung aus einer zurückgesetzten Außenfläche des Halbleiterkörpers 8 heraus. Der Steg des Halbleiterkörpers 12 erstreckt sich in lateraler Richtung beispielsweise entlang der Haupterstreckungsrichtung der kantenemittierenden Laserdiode 2.
Der Steg des Halbleiterkörpers 12 umfasst eine Deckfläche und daran angrenzende Seitenflächen, wobei die Deckfläche und die Seitenflächen sowie die zurückgesetzte Außenfläche des Halbleiterkörpers 8 ein Stufenprofil bilden.
Auf dem Halbleiterkörper 8 und dem Steg des Halbleiterkörpers 12 ist eine Kontaktschicht 6 angeordnet. Die Kontaktschicht 6 bedeckt in diesem Ausführungsbeispiel die Deckfläche und die Seitenflächen des Stegs des Halbleiterkörpers 12 sowie die zurückgesetzte Außenfläche des Halbleiterkörpers 8. Die zurückgesetzte Außenfläche des Halbleiterkörpers 8 ist beispielsweise nur seitlich des Stegs des Halbleiterkörpers 12 mit der Kontaktschicht 6 bedeckt. Ein Randbereich der zurückgesetzten Außenfläche des Halbleiterkörpers 8, der im Bereich von Seitenflächen des Halbleiterkörpers 8 angeordnet ist, ist frei von der Kontaktschicht 6.
Der Steg des Halbleiterkörpers 12 ist in lateralen Richtungen asymmetrisch in der Kontaktschicht 6 angeordnet. Der Steg des Halbleiterkörpers 12 weist zu einer ersten Seitenfläche des Halbleiterkörpers 8 einen größeren Abstand auf als zu einer der ersten Seitenfläche gegenüberliegenden zweiten Seitenfläche des Halbleiterkörpers 8.
Die Kontaktschicht 6 kann entlang der Haupterstreckungsrichtung durch eine virtuelle Linie 16 in zwei gleich große Teile geteilt werden, nämlich in einen ersten Teil 17, der an die erste Seitenfläche des Halbleiterkörpers 8 angrenzt, und einen zweiten Teil 18, der an die zweite Seitenfläche des Halbleiterkörpers 8 angrenzt. Der Steg des Halbleiterkörpers 12 ist innerhalb des zweiten Teils angeordnet.
Das Substrat 3 umfasst eine Basisplatte 4 und einen Substrat-Steg 5. Der Substrat-Steg 5 ist auf der Basisplatte 4 angeordnet und ist dem Steg des Halbleiterkörpers 12 zugewandt. Der Substrat-Steg 5 erstreckt sich wie der Steg des Halbleiterkörpers 12 entlang der Haupterstreckungsrichtung der kantenemittierenden Laserdiode 2.
Der Substrat-Steg 5 umfasst eine Deckfläche und daran angrenzende Seitenflächen. Die Deckfläche ist über die Seitenflächen mit einer zurückgesetzten Außenfläche des Substrat-Stegs 5 verbunden. Die zurückgesetzte Außenfläche des Substrat-Stegs 5 bedeckt die Basisplatte 4 nur teilweise. Randbereiche der Basisplatte 4 sind frei von der zurückgesetzten Außenfläche des Substrat-Stegs 5.
Die Kontaktschicht 6 und der Substrat-Steg 5 weisen in lateralen Richtungen gleiche Dimensionen auf. Das heißt, eine Breite der Kontaktschicht 6 ist gleich einer Breite des Substrat-Stegs 5.
Weiterhin ist zwischen der Kontaktschicht 6 und dem Substrat-Steg 5 eine Lotschicht 7 angeordnet. Mittels der Lotschicht 7 ist die Kontaktschicht 6 mit dem Substrat-Steg 5 mechanisch stabil verbunden. Das heißt, die kantenemittierende Laserdiode 2 und das Substrat 3 sind mittels der Lotschicht 7 mechanisch stabil miteinander verbunden. Die kantenemittierende Laserdiode 2 kann über diese Verbindung elektrisch bestromt werden und entstehende Wärme kann durch die Verbindung von der kantenemittierenden Laserdiode 2 abtransportiert werden.
Der Substrat-Steg 5 kann entlang der Haupterstreckungsrichtung analog zur Kontaktschicht 6 durch eine virtuelle Linie 16 in zwei gleich große Teile geteilt werden, nämlich in einen ersten Teil 17, der an eine erste Seitenfläche des Substrat-Stegs 5 angrenzt, und einen zweiten Teil 18, der an die zweite Seitenfläche des Substrat-Stegs 5 angrenzt.
Die Lotschicht 7 überragt die Seitenfläche des Substrat-Stegs 5 im ersten Teil 17 in lateralen Richtungen. Die Lotschicht 7 bedeckt im ersten Teil 17 die Seitenfläche und die daran angrenzende Außenfläche des Substrat-Stegs 5. Im Unterschied dazu überragt die Lotschicht 7 die Seitenfläche des Substrat-Stegs 5 im zweiten Teil 18 in lateralen Richtungen nicht. Im zweiten Teil 18 sind die Seitenfläche und die daran angrenzende Außenfläche des Substrat-Stegs 5 frei von der Lotschicht 7.
Der Substrat-Steg 5 weist beispielsweise eine Höhe in vertikaler Richtung von beispielsweise in etwa 10 Mikrometer auf. Damit vermittelt der Substrat-Steg 5 einen Abstand A zwischen der zurückgesetzten Seitenfläche des Substrat-Stegs 5 und der zurückgesetzten Außenfläche des Halbleiterkörpers 8. Der Abstand A beträgt beispielsweise in etwa 13 Mikrometer.
Beispielsweise befinden sich Gallium Reste 14 auf den Seitenflächen des Halbleiterkörpers 8, die durch ein Vereinzelungsprozess der kantenemittierenden Laserdiode 2 stammen. Durch den Abstand A, der durch den Substrat-Steg 5 vermittelt wird, können diese Reste 14 nicht zu Kurz- und Nebenschlüssen führen. Insbesondere können die Reste 14 keinen direkten Kontakt zwischen dem Substrat 3 und dem Halbleiterkörper 8 herstellen. Weiterhin kann ein direkter Kontakt der Reste 14 und der Lotschicht 7 verhindert werden, wenn die Lotschicht 7 die Seitenfläche des Substrat-Stegs 5 nicht überragt.
Die kantenemittierende Laserdiode 2 des strahlungsemittierenden Laserbauteils 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 2 umfasst keinen Steg des Halbleiterkörpers 12. Der Halbleiterkörper 8 umfasst eine erste Halbleiterschichtenfolge 9 eines ersten Leitfähigkeitstyps und eine zweite Halbleiterschichtenfolge 10 eines vom ersten Leitfähigkeitstyp verschiedenen zweiten Leitfähigkeitstyps. Der erste Leitfähigkeitstyp ist ein p-leitender Typ und der zweite Leitfähigkeitstyp ist ein n-leitender Typ.
Zwischen der ersten Halbleiterschichtenfolge 9 und der zweiten Halbleiterschichtenfolge 10 ist ein aktiver Bereich 11 angeordnet, der dazu ausgebildet ist elektromagnetische Strahlung zu erzeugen.
Die erste Halbleiterschichtenfolge 9 des p-leitenden Typs ist dem Substrat-Steg 5 zugewandt.
Bei dem Verfahrensstadium gemäß dem Ausführungsbeispiel der 3 wird nach dem Bereitstellen eines Substrats 3, das einen Substrat-Steg 5 aufweist, ein Lotmaterial 15 auf den Substrat-Steg 5 aufgebracht.
In diesem Ausführungsbeispiel sind der Substrat-Steg 5 und eine seitlich daran angrenzende Außenfläche von einer metallischen Schicht 13 bedeckt. Die metallische Schicht 13 umfasst beispielsweise drei Lagen. Die erste Lage umfasst beispielsweise Ti mit einer Höhe von höchstens 100 Nanometern, die zweite Lage umfasst beispielsweise Pt mit einer Höhe von mindestens 50 Nanometern und höchstens 100 Nanometern und die dritte Lage umfasst beispielsweise Au mit einer Höhe von mindestens 20 Nanometern und höchstens 30 Nanometern. Die dritte Lage ist dem Substrat-Steg 5 abgewandt.
Die dritte Schicht, beispielsweise umfassend Au, ist vorteilhafterweise besonders gut benetzbar. Die erste Schicht und die zweite Schicht bilden zum Beispiel eine Barriereschicht zu dem Substrat-Steg 5. In diesem Ausführungsbeispiel wird das Lotmaterial 15 auf der metallischen Schicht 13 angeordnet. Das heißt, das Lotmaterial 15 steht mit der metallischen Schicht 13 in direktem Kontakt.
Der Substrat-Steg 5 kann entlang der Haupterstreckungsrichtung analog zur Kontaktschicht 6 durch eine virtuelle Linie 16 in zwei gleich große Teile geteilt werden, nämlich in einen ersten Teil 17 und einen zweiten Teil 18. In diesem Ausführungsbeispiel weist der erste Teil eine größere Menge des Lotmaterials 15 auf als der zweite Teil. Das heißt, dass der erste Teil eine größere Bedeckungsfläche mit dem Lotmaterial 15 aufweist als der zweite Teil.
Zum Aufbringen einer kantenemittierenden Laserdiode 2 wird das Lotmaterial 15 geheizt, sodass das Lotmaterial 15 in einer fließfähigen Form vorliegt. Durch das asymmetrische Aufbringen des Lotmaterials 15 ist es möglich, dass das Lotmaterial 15 beim Aufbringen der kantenemittierenden Laserdiode 2 auf das Lotmaterial 15 in lateralen Richtungen nicht über eine Seitenfläche im zweiten Teil 18 herausgepresst wird. Im Unterschied dazu wird das Lotmaterial 15 durch das Aufbringen im ersten Teil 17 in lateralen Richtungen über die Seitenfläche des Substrat-Stegs 5 herausgepresst. Eine Breite der Basisplatte B1 ist beispielsweise in etwa 0,5 Millimeter groß und eine Breite des Lotmaterials B2 beträgt beispielsweise in etwa 0,04 Millimeter. Eine Höhe der Basisplatte H1 ist beispielsweise in etwa 0,2 Millimeter groß und eine Höhe des Substrat-Stegs H2 beträgt beispielsweise in etwa 0,01 Millimeter.
Nachfolgend wird eine kantenemittierende Laserdiode 2 bereitgestellt, die eine Kontaktschicht 6 umfasst. Die kantenemittierende Laserdiode 2 wird auf das Substrat 3 mit dem Lotmaterial 15 aufgebracht. Die Anordnung wird nachfolgend auf eine erste Temperatur geheizt. Nach einem Abkühlvorgang des Lotmaterials 15 wird die Lotschicht 7 aus dem Lotmaterial 15 erzeugt, die die Kontaktschicht 6 mit dem Substrat-Steg 5 mechanisch stabil verbindet.
Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Merkmale und Ausführungsbeispiele können gemäß weiteren Ausführungsbeispielen miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen explizit beschrieben sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
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

1: strahlungsemittierendes Laserbauteil
2: kantenemittierende Laserdiode
3: Substrat
4: Basisplatte
5: Substrat-Steg
6: Kontaktschicht
7: Lotschicht
8: Halbleiterkörper
9: erste Halbleiterschicht
10: zweite Halbleiterschicht
11: aktiver Bereich
12: Steg des Halbleiterkörpers
13: metallische Schicht
14: Rest
15: Lotmaterial
16: virtuelle Linie
17: erster Teil
18: zweiter Teil
A: Abstand
B1: Breite Basisplatte
B2: Breite Lotmaterial
H1: Höhe Basisplatte
H2: Höhe Substrat-Steg

Claims

Strahlungsemittierendes Laserbauteil (1) mit: - einer kantenemittierenden Laserdiode (2), die zur Erzeugung von elektromagnetischer Laserstrahlung ausgebildet ist, und - einem Substrat (3), auf dem die kantenemittierende Laserdiode (2) angeordnet ist, wobei - die kantenemittierende Laserdiode (2) eine Kontaktschicht (6) umfasst, - das Substrat (3) einen Substrat-Steg aufweist, und - die Kontaktschicht (6) mit dem Substrat-Steg (5) mittels einer Lotschicht (7) mechanisch stabil verbunden ist.
Strahlungsemittierendes Laserbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem - die kantenemittierende Laserdiode (2) einen Halbleiterkörper (8) mit einem Steg aufweist, - der Steg des Halbleiterkörpers (12) eine Deckfläche und daran angrenzende Seitenflächen aufweist, und - die Kontaktschicht (6) die Deckfläche und die Seitenflächen des Stegs des Halbleiterkörpers (12) und eine zurückgesetzte Außenfläche des Halbleiterkörpers (8) bedeckt.
Strahlungsemittierendes Laserbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem der Steg des Halbleiterkörpers (12) und der Substrat-Steg (5) zueinander zugewandt sind.
Strahlungsemittierendes Laserbauteil (1) nach einem der Ansprüche 2 und 3, bei dem der Steg des Halbleiterkörpers (12) in lateralen Richtungen asymmetrisch in der Kontaktschicht (6) angeordnet ist.
Strahlungsemittierendes Laserbauteil (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem - der Halbleiterkörper (8) eine erste Halbleiterschicht (9) eines ersten Leitfähigkeitstyps und eine zweite Halbleiterschicht (10) eines vom ersten Leitfähigkeitstyp verschiedenen zweiten Leitfähigkeitstyps umfasst, und - die erste Halbleiterschicht (9) dem Substrat (3) zugewandt ist.
Strahlungsemittierendes Laserbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem der erste Leitfähigkeitstyp ein p-typ Leitfähigkeitstyp ist.
Strahlungsemittierendes Laserbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Substrat-Steg (5) und die Kontaktschicht (6) in Draufsicht in lateralen Richtungen miteinander überlappen.
Strahlungsemittierendes Laserbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Lotschicht (7) zumindest eine Seitenfläche des Substrat-Stegs (5) in lateralen Richtungen nicht überragt.
Strahlungsemittierendes Laserbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf dem Substrat (3) mit dem Substrat-Steg (5) eine metallische Schicht (13) angeordnet ist.
Strahlungsemittierendes Laserbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Substrat-Steg (5) eine Höhe von mindestens 5 Mikrometer und höchstens 15 Mikrometer aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Laserbauteils (1), mit den Schritten: - Bereitstellen einer kantenemittierenden Laserdiode (2), die eine Kontaktschicht (6) umfasst, - Bereitstellen eines Substrats (3), das einen Substrat-Steg (5) aufweist, - Aufbringen eines Lotmaterials (15) auf den Substrat-Steg (5) oder die Kontaktschicht (6), und - Aufbringen der kantenemittierenden Laserdiode (2) auf das Substrat (3), - Heizen des Lotmaterials (15) auf eine erste Temperatur, - Erzeugen einer Lotschicht (7) durch ein Abkühlen des Lotmaterials (15), wobei - die Kontaktschicht (6) mit dem Substrat-Steg (5) mittels der Lotschicht (7) mechanisch stabil verbunden ist.
Verfahren nach dem Anspruch 11, wobei das Lotmaterial (15) in lateralen Richtungen asymmetrisch auf dem Substrat-Steg (5) oder der Kontaktschicht (6) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei die Lotschicht (7) in Abhängigkeit einer Menge des Lotmaterials (15) zumindest eine Seitenfläche des Substrat-Stegs (5) nicht überragt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei bei dem Heizen das Substrat (3) zumindest stellenweise mit einem Laserprozess geheizt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei bei dem Heizen die kantenemittierende Laserdiode (2) zumindest stellenweise mit einem Laserprozess geheizt wird.