DE102020215033A1

DE102020215033A1 - Laserdiodenvorrichtung

Info

Publication number: DE102020215033A1
Application number: DE102020215033.8A
Authority: DE
Inventors: Stefan Pinter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-11-30
Filing date: 2020-11-30
Publication date: 2022-06-02
Also published as: JP2023552152A; WO2022111884A1; CN116711165A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Laserdiodenvorrichtung (1a), welche wenigstens eine Laserdiode (5) umfasst. Die Laserdiode (5) ist hierbei als Kantenemitter ausgebildet. Zusätzlich umfasst die Laserdiodenvorrichtung (1a) ein Gehäuse (60) mit einem transparenten, optischen Fenster (3), wobei das transparente, optische Fenster (3) als eine erste Seitenwand (61) des Gehäuses (60) ausgebildet ist. Das Gehäuse (60) ist dazu ausgebildet, die Laserdiode (5) gegenüber einer äußeren Umgebung der Laserdiodenvorrichtung (1a), insbesondere hermetisch, abzuschirmen. Das transparente, optische Fenster (3) ist dazu ausgebildet, wenigstens einen von der Laserdiode (5) erzeugten Laserstrahl (8) in die äußere Umgebung zu transmittieren. Die Laserdiode (5) ist zumindest mittelbar an einem Boden (6) des Gehäuses (60) befestigt. Die Seitenwände (61, 62) des Gehäuses (60) und einer dem Gehäuseboden (6) gegenüberliegend angeordneter Gehäusedeckel (2) sind aus einer Mehrzahl von, insbesondere wenigstens drei, Wafern ausgebildet.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Laserdiodenvorrichtung und ein System, aufweisend die Laserdiodenvorrichtung. Zusätzlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Laserdiodenvorrichtung, ein Verfahren zum Ermitteln einer Dichtheit eines Gehäuses einer Laserdiodenvorrichtung und ein Verfahren zum Ermitteln einer optischen Funktion einer ersten Laserdiode eines Systems.
Dem Fachmann ist eine Laserdiodenvorrichtung mit einem Kantenemitter als Laserdiode und einem Gehäuse bekannt, innerhalb dessen die Laserdiode angeordnet ist.
Der Erfindung liegt davon ausgehend die Aufgabe zugrunde, eine Laserdiodenvorrichtung zu entwickeln, deren Aufbau vereinfacht ist und fertigungstechnische Vorteile erbringt.
Offenbarung der Erfindung
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Laserdiodenvorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein System, aufweisend die Laserdiodenvorrichtung, gemäß Anspruch 9 vorgeschlagen. Zusätzlich wird ein Verfahren zur Herstellung einer Laserdiodenvorrichtung gemäß Anspruch 11 vorgeschlagen. Außerdem umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln einer Dichtheit eines Gehäuses einer Laserdiodenvorrichtung gemäß Anspruch 14 und ein Verfahren zum Ermitteln einer optischen Funktion einer ersten Laserdiode eines Systems gemäß Anspruch 15.
Die Laserdiodenvorrichtung umfasst wenigstens eine Laserdiode, welche als Kantenemitter ausgebildet ist. Zusätzlich umfasst die Laserdiodenvorrichtung ein Gehäuse mit einem transparenten, optischen Fenster, welches als eine erste Seitenwand des Gehäuses ausgebildet ist. Das Gehäuse dient dazu, die Laserdiode gegenüber einer äußeren Umgebung der Laserdiodenvorrichtung abzuschirmen. Das transparente, optische Fenster ist dazu ausgebildet, wenigstens einen von der Laserdiode erzeugten Laserstrahl in die äußere Umgebung zu transmittieren. Die Laserdiode ist hierbei zumindest mittelbar an einem Boden des Gehäuses befestigt. Bei Kantenemittern ist an der Austrittsstelle des Laserstrahles, an der Chipkante, die Strahlungsdichte sehr hoch. Bei Anwesenheit von in der Umgebung vorhandenen schädlichen gasförmigen oder festen Stoffen können im Bereich hoher Strahlungsintensität photochemische Reaktionen mit diesen Stoffen ausgelöst werden, die zu einer Zerstörung der Laserdioden führt. Um diese zu vermeiden, ist das Gehäuse insbesondere dazu ausgebildet, die Laserdiode gegenüber einer äußeren Umgebung der Laserdiodenvorrichtung hermetisch abzuschirmen. Die Seitenwände des Gehäuses und einer dem Gehäuseboden gegenüberliegend angeordneter Gehäusedeckel sind aus einer Mehrzahl von, insbesondere wenigstens drei, Wafern ausgebildet. Somit ergibt sich ein Gehäuse, welches als ein Waferverbund ausgebildet ist und aus relativ wenigen, leicht zu verbindenden Wafern ausgebildet ist. Die Laserdiode ist hierbei derart innerhalb des Gehäuses befestigt, dass eine Hauptabstrahlrichtung der Laserdiode im Wesentlichen parallel zu dem Boden des Gehäuses, insbesondere im Wesentlichen parallel zu einer ersten Haupterstreckungsebene des Bodens, ausgerichtet ist.
Vorzugsweise ist die erste Seitenwand des Gehäuses als transparentes, optisches Fenster aus einem Glaswafer und eine der ersten Seitenwand gegenüberliegende zweite Seitenwand des Gehäuses aus einem ersten Siliziumwafer ausgebildet. Die weiteren Seitenwände, insbesondere eine dritte und vierte Seitenwand des Gehäuses, sowie ein Gehäusedeckel sind aus einem zweiten Siliziumwafer ausgebildet.
Bevorzugt weisen die Seitenwände einen rechteckförmigen Querschnitt auf. Vorzugsweise ist das Gehäuse quaderförmig ausgebildet. In diesem Zusammenhang weist das Gehäuse eine erste, zweite, dritte und vierte Seitenwand, sowie einen Gehäuseboden und einen Gehäusedeckel auf.
Bevorzugt weist die Laserdiodenvorrichtung zusätzlich ein separat zu dem Gehäuse angeordnetes Befestigungselement auf, welches dazu ausgebildet ist, die Laserdiode derart innerhalb des Gehäuses zu befestigen, dass der wenigstes eine von der Laserdiode erzeugte Laserstrahl unmittelbar in die äußere Umgebung transmittiert wird. Der Laserstrahl gelangt also ohne vorherige Ablenkung innerhalb des Gehäuse zu dem optischen, transparenten Fenster. Das Befestigungselement ist bevorzugt als ein Keramiksubstrat ausgebildet. Die Laserdiode wird hierbei auf das elektrisch isolierende Keramiksubstrat mit guter Wärmeleitung aufgelötet. Auf der Keramik sind elektrische Leiterbahnen und auch elektrische Durchkontaktierungen aufgebracht. Die Laserdioden werden mit den Leiterbahnen per Löten und/oder per Drahtbonds elektrisch angebunden. Die Keramik wird dann wiederum mit dem Gehäuseboden verlötet. Die Laserdiode ist somit mit dem Keramiksubstrat mechanisch, elektrisch und thermisch verbunden.
Bevorzugt ist der Gehäuseboden als ein Trägersubstrat ausgebildet ist. Dieses Trägersubstrat ist vorzugsweise als ein Keramiksubstrat ausgebildet. Alternativ ist das Trägersubstrat als ein Siliziumsubstrat oder als ein Glaswafersubstrat mit elektrischen Durchkontaktierungen ausgebildet. Dies bietet den Vorteil, das Gehäuse weiterhin als Waferverbund mit wenigen Gehäuseteilen auszubilden, dessen Fertigung in der Silizium-Glas-Technologie ebenfalls vereinfacht ist. Bevorzugt weist das Trägersubstrat auf einer Unterseite des Trägersubstrats wenigstens eine erste Ausnehmung auf. Falls als Fügemittel des Trägersubstrats mit den übrigen Seitenwänden des Gehäuses Glaslot mit einer Bondtemperatur von über 300°C verwendet wird, kann der Bondprozess nur mittels eines Laser assisted Bondprozess erfolgen. Die wenigstens eine, insbesondere umlaufende, erste Ausnehmung auf der Unterseite des Trägersubstrats dient zur besseren Einkopplung oder Aufnahme der Laserleistung.
Vorzugsweise weist der Gehäusedeckel wenigstens eine zweite Ausnehmung auf, wodurch der Gehäusedeckel zumindest lokal ausgedünnt ist. Der ausgedünnte Deckel kann genutzt werden, um eine Dichtheitsprüfung des Gehäuses und somit eine Prüfung durchzuführen, inwiefern das Gehäuse tatsächlich hermetisch abgedichtet ist.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein System, welches zwei, wie zuvor beschriebene, nebeneinander angeordnete Laserdiodenvorrichtungen umfasst. Zusätzlich umfasst das System einen optischen Detektor, wie beispielsweise eine Photodiode. Eine zweite der wenigstens zwei nebeneinander angeordneten Laserdiodenvorrichtungen weist auf einer Außenseite einer zweiten Seitenwand eines zweiten Gehäuses der zweiten Laserdiodenvorrichtung eine Spiegelfläche auf. Die Spiegelfläche ist hierbei derart relativ zu einer ersten der wenigstens zwei nebeneinander angeordneten Laserdiodenvorrichtungen ausgerichtet ist, dass wenigstens ein von einer ersten Laserdiode der ersten Laserdiodenvorrichtung ausgesendeter Laserstrahl von der Spiegelfläche in Richtung des optischen Detektors ausgelenkt wird. Insbesondere ist die Außenseite der zweiten Seitenwand selbst als Spiegelfläche ausgebildet. Insbesondere ist hierfür eine Ausnehmung auf der Außenseite der zweiten Seitenwand vorgesehen, die beispielsweise mittels KOH-Ätzung erzeugt werden. Bevorzugt weist das System als Gehäuseboden ein gemeinsames Trägersubstrat auf, auf welche die zwei nebeneinander angeordneten Laserdiodenvorrichtungen angeordnet sind. Das Trägersubstrat ist auch hier vorzugsweise aus Keramik ausgebildet. Alternativ ist das Trägersubstrat aus einem Siliziumwafer oder einem Glaswafer mit elektrischen Durchkontaktierungen ausgebildet. Das Trägersubstrat weist in einem Teilbereich zwischen der ersten und zweiten Laserdiodenvorrichtung eine Öffnung auf, die insbesondere als ein Durchgangsloch ausgebildet ist. Die Spiegelfläche ist derart relativ zu der ersten der wenigstens zwei nebeneinander angeordneten Laserdiodenvorrichtungen ausgerichtet ist, dass der wenigstens eine von der Laserdiode der ersten Laserdiodenvorrichtung ausgesendete Laserstrahl von der Spiegelfläche in Richtung der Öffnung und dem im Strahlengang hinter der Öffnung angeordneten optischen Detektors ausgelenkt wird. Durch die Anordnung des optischen Detektors auf einer der Unterseite der Trägervorrichtung zugewandten Seite ergibt sich der Vorteil, sowohl den elektrischen Test des Waferverbunds, wie auch den optischen Test der Laserdiode von einer gemeinsamen Seite durchführen zu können.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Laserdiodenvorrichtung. Bei der hergestellten Laserdiodenvorrichtung handelt es sich insbesondere um die zuvor beschriebene Laserdiodenvorrichtung. Zunächst wird hierbei ein zweiter Siliziumwafer bereitgestellt. Folgend wird ein Durchgangsloch innerhalb des zweiten Siliziumwafers mittels eines ersten Ätzschritts erzeugt. Das Durchgangsloch wird insbesondere in einem rechteckförmigen Querschnitt erzeugt. Der erste Ätzschritt wird insbesondere mittels KOH-Ätzen oder mittels Trenchätzen durchgeführt. In einem weiteren Verfahrensschritt wird ein erster Siliziumwafer bereitgestellt. Anschließend werden der erste und der zweite Siliziumwafer derart miteinander verbunden, dass der erste Siliziumwafer das erzeugte Durchgangsloch auf einer Unterseite des zweiten Silizumwafers verschließt. Folgend wird ein Glaswafer bereitgestellt. In einem folgenden Verfahrensschritt werden der zweite Siliziumwafer und der Glaswafer derart miteinander verbunden, dass der Glaswafer das erzeugte Durchgangsloch auf einer Oberseite des zweiten Silizumwafers verschließt. Folgend wird der Waferstapel, umfassend den ersten und zweiten Siliziumwafer, sowie den Glaswafer, entlang einer Trennebene getrennt. In anderen Worten wird der Waferstapel entlang der Trennebene geschnitten oder vereinzelt. Die Trennebene verläuft entlang einer Haupterstreckungsrichtung des Durchgangslochs, sodass nach dem Trennvorgang die vereinzelten Gehäuseteile jeweils eine seitliche Öffnung aufweisen. In einem Folgeschritt wird ein Trägersubstrat mit dem ersten Siliziumwafer, dem zweiten Siliziumwafer und dem Glaswafer derart verbunden, dass eine auf einer Außenseite des Trägerwafers als Kantenemitter ausgebildete Laserdiode innerhalb eines durch das Trägersubstrat, den ersten Siliziumwafer, den zweiten Siliziumwafer und den Glaswafer aufgespannten Gehäuses angeordnet wird. Bevorzugt werden für diesen letzten Verfahrensschritt die vereinzelten Gehäuseteile um 90° gedreht, sodass das Herstellungsverfahren planar in einer gemeinsamen Ebene fortgeführt werden kann.
Vorzugsweise wird auf eine Oberseite des ersten Siliziumwafers eine Trench Strahlstopper Struktur aufgebracht. Bei der Trench Strahlstopper Struktur handelt es sich insbesondere um eine Ätzung, die eine strahlabsorbierende Oberfläche mit beispielsweise einer großen Rauigkeit oder mit säulenartigen Strukturen erzeugt.
Bevorzugt erfolgt das Verbinden des Trägersubstrats mit dem ersten Siliziumwafer, dem zweiten Siliziumwafer und dem Glaswafer derart, dass das Gehäuse hermetisch abgedichtet ist. Als Fügemittel für solch eine hermetische Abdichtung wird vorzugsweise Glaslot verwendet.
Vorzugsweise wird eine Mehrzahl von Laserdiodenvorrichtungen hergestellt. In diesem Zusammenhang werden eine Mehrzahl von Durchgangslöchern in dem zweiten Siliziumwafer erzeugt. Das später erfolgende Trennen oder Vereinzeln des Waferstapels geschieht dann entlang der Durchgangslöcher, insbesondere entlang von Trennebenen, die entlang der Haupterstreckungsrichtungen der Durchgangslöcher verlaufen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Ermitteln einer Dichtheit eines Gehäuses einer Laserdiodenvorrichtung. Hierzu wird die zuvor beschriebene Laserdiodenvorrichtung verwendet, bei der der Gehäusedeckel wenigstens eine zweite Ausnehmung aufweist und somit zumindest lokal ausgedünnt ist. Zur Erzeugung der zweiten Ausnehmung wird beim Ätzen des Durchgangslochs vorzugsweise eine Überätzung durchgeführt. Eine solche Überätzung kann z.B. mittels einer KOH-Ätzung erreicht werden. Bei dem Prüfverfahren wird zunächst das Trägersubstrat mit dem ersten Siliziumwafer, dem zweiten Siliziumwafer und dem Glaswafer derart verbunden, dass ein definierter Innendruck innerhalb des durch das Trägersubstrat, den ersten Siliziumwafer, den zweiten Siliziumwafer und den Glaswafer aufgespannten Gehäuses erzeugt wird. Der Innendruck weist hierbei einen Druckunterschied gegenüber dem Umgebungsdruck auf. In einem Folgeschritt wird eine Durchbiegung des Gehäusedeckels gemessen. Abhängig von der gemessenen Durchbiegung wird dann die Dichtheit des Gehäuses ermittelt. Insbesondere wird hierbei ermittelt, ob das hergestellte Gehäuse tatsächlich hermetisch abgedichtet ist.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Ermitteln einer optischen Funktion einer ersten Laserdiode des zuvor beschriebenen Systems, umfassend die wenigstens zwei nebeneinander angeordnete Laserdiodenvorrichtungen und einen optischen Detektor. Mit der optischen Funktion ist eine Qualität, insbesondere eine Güte, des von der ersten Laserdiode ausgesendeten Laserstrahls gemeint. Bei dem Verfahren wird zunächst wenigstens ein Laserstrahl mittels einer innerhalb eines ersten Gehäuses einer ersten Laserdiodenvorrichtung angeordneten ersten Laserdiode ausgesendet. Folgend wird der ausgesendete Laserstrahl auf einen optischen Detektor mittels einer auf einer Außenseite einer zweiten Seitenwand eines zweiten Gehäuses einer zweiten Laserdiodenvorrichtung angeordneten Spiegelfläche ausgelenkt. Folgend wird die optische Funktion der ersten Laserdiode in Abhängigkeit des abgelenkten Laserstrahls ermittelt. Insbesondere wird die optische Funktion in Abhängigkeit einer Intensitätsverteilung und/oder einer Helligkeit und/oder einer Wellenlänge des ausgelenkten Laserstrahls mittels des optischen Detektors ermittelt. Durch das beschriebene Verfahren kann die Prüfung der optischen Funktion der Laserdiode in die auf das Herstellungsverfahren folgende elektrooptische Prüfung integriert werden. Es wird keine separate Prüfvorrichtung benötigt.
Figurenliste

1a zeigt schematisch in einer Seitenansicht eine erste Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform der Laserdiodenvorrichtung.
1b zeigt schematisch in einer Seitenansicht eine zweite Schnittdarstellung der ersten Ausführungsform der Laserdiodenvorrichtung.
1c zeigt schematisch in einer Draufsicht eine dritte Schnittdarstellung der ersten Ausführungsform der Laserdiodenvorrichtung.
2 zeigt schematisch in einer Seitenansicht ein System, umfassend zwei nebeneinander angeordnete Laserdiodenvorrichtungen.
3a zeigt schematisch Verfahrensschritte zum Erzeugen einer Mehrzahl von Laserdiodenvorrichtungen.
3b zeigt schematisch weitere Verfahrensschritte zum Erzeugen einer Mehrzahl von Laserdiodenvorrichtungen.
3c zeigt schematisch weitere Verfahrensschritte zum Erzeugen einer Mehrzahl von Laserdiodenvorrichtungen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung
1a zeigt schematisch in einer Seitenansicht eine erste Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform der Laserdiodenvorrichtung 1a. Die Laserdiodenvorrichtung 1a umfasst hierbei eine Laserdiode 5, welche als Kantenemitter ausgebildet ist. Zusätzlich umfasst die Laserdiodenvorrichtung ein Gehäuse 60 mit einem transparenten, optischen Fenster 3. Das transparente, optische Fenster 3 ist hierbei als eine erste Seitenwand 61 des Gehäuses 60 ausgebildet. Das Gehäuse 60 ist dazu ausgebildet, die Laserdiode 5 gegenüber einer äußeren Umgebung der Laserdiodenvorrichtung 1a, insbesondere hermetisch, abzuschirmen. Das transparente, optische Fenster 3 ist dazu ausgebildet, wenigstens einen von der Laserdiode 5 erzeugten Laserstrahl 8 in die äußere Umgebung zu transmittieren. Ein Winkelbereich, welcher von den Strahlen 9a und 9b aufgespannt wird, kennzeichnet den Bereich, innerhalb dessen der Laserstrahl 8 ausgestrahlt werden können. Der Winkelbereich, welcher von den Strahlen 9a und 9b aufgespannt wird, ist beispielsweise abhängig von der Wellenlänge der Laserstrahlen. Die Laserdiode 5 ist in dieser Ausführungsform mittelbar über ein separates Befestigungselement 10 an einem Boden 6 des Gehäuses 60 befestigt. Die in dieser Darstellung gezeigte erste Seitenwand 61 des Gehäuses 60, die zweite Seitenwand 62 des Gehäuses 60 und einer dem Gehäuseboden 6 gegenüberliegend angeordneter Gehäusedeckel 2 sind aus drei Wafern ausgebildet. Als Fügemittel 20a bis 20d wird in dieser ersten Ausführungsform Glaslot verwendet.
Der Gehäuseboden 6 ist in dieser Ausführungsform als Trägersubstrat ausgebildet. Das Trägersubstrat wiederum besteht hierbei aus Silizium und weist hier nicht dargestellte Durchkontaktierungen auf. Das Trägersubstrat weist zur besseren Einkopplung der Laserleistung bei einem Laser assisted Bondprozess auf einer Unterseite des Trägersubstrats erste umlaufende Ausnehmung 7a und 7b auf.
Die erste Seitenwand 61 des Gehäuses 60 ist in dieser Ausführungsform aus einem Glaswafer ausgebildet. Die zweite Seitenwand 62 des Gehäuses 60 ist aus einem ersten Siliziumwafer ausgebildet und der Gehäusedeckel 2 ist aus einem zweiten Siliziumwafer ausgebildet.
Die Seitenwände 61 und 62 weisen einen rechteckförmigen Querschnitt auf und das Gehäuse 60 ist quaderförmig ausgebildet.
Das separat zu dem Gehäuse 60 angeordnete Befestigungselement 10 ist dazu ausgebildet, die Laserdiode 5 derart im Inneren 11 des Gehäuses 60 zu befestigen, dass der von der Laserdiode 5 erzeugte Laserstrahl 8 unmittelbar in die äußere Umgebung transmittiert wird. Das Befestigungselement 10 ist hierbei als Keramiksubstrat ausgebildet. Auf dem Keramiksubstrat sind hier nicht dargestellte elektrische Leiterbahnen und auch elektrische Durchkontaktierungen aufgebracht. Die Laserdiode 5 wird mit den Leiterbahnen per Löten und/oder per Drahtbonds elektrisch angebunden. Die Keramik ist dann wiederum mit dem Gehäuseboden 6 verlötet. Die Laserdiode 5 ist somit mit dem Befestigungselement 10 mechanisch, elektrisch und thermisch verbunden.
Die Laserdiode 5 ist weiterhin derart innerhalb des Gehäuses 60 befestigt, dass eine Hauptabstrahlrichtung der Laserdiode 5 im Wesentlichen parallel zu einer ersten Haupterstreckungsebene 12 des Bodens 6 ausgerichtet ist.
1b zeigt in einer Seitenansicht eine zweite Schnittdarstellung der ersten Ausführungsform der Laserdiodenvorrichtung 1a. Der Schnitt wurde hierbei entlang der Schnittebene 14 auf 2a erzeugt. Zu sehen sind hierbei zusätzlich eine dritte Seitenwand 16 und eine vierte Seitenwand 17 der Gehäuses 60. Diese Seitenwände 16 und 17 sind aus dem zweiten Siliziumwafer ausgebildet. Außerdem sind zusätzliche Ausnehmungen 7c und 7d im Gehäuseboden 6 zu erkennen.
1c zeigt in einer Draufsicht eine dritte Schnittdarstellung der ersten Ausführungsform der Laserdiodenvorrichtung 1a. Der Schnitt wurde hierbei entlang der Schnittebene 14 auf 2a erzeugt. Zu sehen sind hierbei zusätzlich die Fügemittel 20e und 20f, welche hierbei als Glaslot ausgebildet sind.
2 zeigt in einer Seitenansicht schematisch ein System 50, welches zwei nebeneinander angeordnete Laserdiodenvorrichtungen 1b und 1c umfasst. In dieser Darstellung ist zur Vereinfachung jedoch nur die erste Laserdiodenvorrichtung 1b genauer dargestellt. Zusätzlich umfasst das System 50 einen optischen Detektor 47. Im Unterschied zu der auf den 1a bis 1c dargestellten Laserdiodenvorrichtung 1a weisen sowohl die erste Laserdiodenvorrichtung 1b, wie auch die zweite Laserdiodenvorrichtung 1c auf den Außenseiten 34a und 34b der jeweiligen zweiten Seitenwand 31 und 51 eine Spiegelfläche 45a und 45b auf. Die Spiegelfläche 45b der zweiten Laserdiodenvorrichtung 1c ist hierbei derart relativ zu der ersten Laserdiodenvorrichtungen 1b ausgerichtet, dass wenigstens ein von einer ersten Laserdiode 36 der ersten Laserdiodenvorrichtung 1b ausgesendeter Laserstrahl 42 von der Spiegelfläche 45b in Richtung des optischen Detektors 47 ausgelenkt wird. Der optische Detektor 47 ist dazu ausgebildet, eine optische Funktion der ersten Laserdiode 36 in Abhängigkeit des abgelenkten Laserstrahls 42, insbesondere in Abhängigkeit einer Intensitätsverteilung und/oder einer Helligkeit und/oder einer Wellenlänge, zu ermitteln. In diesem Zusammenhang weist das System 50 weiterhin ein gemeinsames Trägersubstrat der wenigstens zwei nebeneinander angeordneten Laserdiodenvorrichtungen 1b und 1c auf, welches als Gehäuseboden 38 der ersten Laserdiodenvorrichtung 1b dient. Das Trägersubstrat weist auch hier an der Unterseite des Trägersubstrats zwei umlaufende Ausnehmungen 39a und 39b auf. Das Trägersubstrat weist in einem Teilbereich 48 zwischen der ersten 1b und der zweiten Laserdiodenvorrichtung 1c eine Öffnung 40b auf, welche hierbei als Duchgangsloch ausgebildet ist. Die Spiegelfläche 45b ist derart relativ zu der ersten Laserdiodenvorrichtung 1b ausgerichtet, dass der von der Laserdiode 36 ausgesendete Laserstrahl 42 über das optische, transparente Fenster 30 von der Spiegelfläche 45b in Richtung der Öffnung 40b und dem im Strahlengang hinter der Öffnung 40b angeordneten optischen Detektor 47 ausgelenkt wird.
Zusätzlich weist der Gehäusedeckel 32 der ersten Laserdiodenvorrichtung 1b im Unterschied zu der auf den 1a bis 1c dargestellten Laserdiodenvorrichtung 1a eine zweite Ausnehmung 33 auf. Die zweite Ausnehmung 33 ist in diesem Fall mittels einer Überätzung erzeugt worden. Eine solche Überätzung kann z.B. mittels einer KOH-Ätzung erreicht werden. Der ausgedünnte Gehäusedeckel 32 dient zum Ermitteln einer Dichtheit des Gehäuses 41 der ersten Laserdiodenvorrichtung 1b. In diesem Zusammenhang wird beim Fügen des Gehäuses 41 mit dem Trägerwafer als Gehäuseboden 38 der Gasdruck in der Gehäusekavität so eingestellt, dass ein Druckunterschied zur Umgebungsdruck hergestellt wird. Der Druckunterschied führt zu einer Verwölbung des ausgedünnten Gehäusedeckels 32. Der Dichtheitstest erfolgt über die Messung/Prüfung dieser Durchbiegung.
3a zeigt schematisch erste Teilschritte eines Verfahrens zur Herstellung einer Mehrzahl von Laserdiodenvorrichtungen. Hierbei wird zunächst in einem ersten Verfahrensschritt 99 ein zweiter Siliziumwafer 80 bereitgestellt. In einem folgenden Verfahrensschritt 100 werden im Querschnitt rechteckförmige Durchgangslöcher innerhalb des zweiten Siliziumwafers mittels eines ersten Ätzschritts erzeugt. Bei dem ersten Ätzschritt handelt es sich insbesondere um KOH-Ätzen oder alternativ um Trenchätzen. In einem folgenden Verfahrensschritt 101 wird auf einer Unterseite des zweiten Siliziumwafers 80 ein Fügemittel 82 aufgebracht. Darauf folgend wird in einem Verfahrensschritt 102 ein erster Siliziumwafer 83 bereitgestellt und in einem folgenden Verfahrensschritt 103 wird auf eine Oberseite des Siliziumwafers 83 eine Trench Strahlstopper Struktur 84 aufgebracht. Bei der Trench Strahlstopper Struktur 84 handelt es sich insbesondere um eine Ätzung, die eine strahlabsorbierende Oberfläche mit beispielsweise einer großen Rauigkeit oder mit säulenartigen Strukturen generiert. In einem folgenden Verfahrensschritt 104 werden der erste 83 und zweite Siliziumwafer 80 derart mittels des Fügemittels 82 miteinander verbunden, dass der erste Siliziumwafer 83 die erzeugten Durchgangslöcher 81 auf einer Unterseite des zweiten Silizumwafers 80 verschließt. In einem folgenden Verfahrensschritt 105 wird auf die Oberseite des zweiten Siliziumwafers ein Fügemittel 86 aufgebracht.
3b zeigt als Fortsetzung des Verfahrens zur Herstellung einer Mehrzahl von Laserdiodenvorrichtungen weitere Teilschritte des Verfahrens. In einem auf den Verfahrensschritt 105 folgenden Verfahrensschritt 107 wird ein Glaswafer 90 bereitgestellt und in einem Folgeschritt 108 vollumfänglich mit einer Antireflexbeschichtung 91 versehen. In einem auf den Verfahrensschritt 108 folgenden Verfahrensschritt 109 wird der zweite Siliziumwafer 80 und der Glaswafer 90 derart miteinander verbunden, dass der Glaswafer 90 die erzeugten Durchgangslöcher 81 auf der Oberseite des zweiten Silizumwafers 80 verschließt. In einem folgenden Verfahrensschritt 110 wird der Waferstapel entlang von Trennebenen 89 getrennt und somit die einzelnen erzeugten Gehäuseteile oder Waferstapelelemente voneinander getrennt. Die Vereinzelung der Gehäuseteile erfolgt hierbei entlang von Trennebenen 89, die entlang einer Haupterstreckungsrichtung der Durchgangslöcher 81 verlaufen.
3c zeigt als Fortsetzung des Verfahrens zur Herstellung einer Mehrzahl von Laserdiodenvorrichtungen weitere Teilschritte des Verfahrens. In einem auf den Verfahrensschritt 110 folgenden Verfahrensschritt 112 werden die Gehäuseteile um 90° gedreht und in einem Tray 151 mit Öffnungen 150 als Haltevorrichtung 94a bis 94d angeordnet. Zudem wird auf eine Seitenfläche des Glaswafers 90, sowie auf eine Seitenfläche des ersten Siliziumwafers 83 als Fügemittel 95a und 95b Glaslot aufgebracht. In einem auf den Verfahrensschritt 112 folgenden Verfahrensschritt 113 wird ein Trägersubstrat 98 mittels einer Andruckplatte 96 zum Tray 151 mit den Gehäuseteilen positioniert und das Trägersubstrat 98 mit dem ersten Siliziumwafer 83, dem zweiten Siliziumwafer 80 und dem Glaswafer 90 derart verbunden, dass eine auf einer Außenseite des Trägerwafers als Kantenemitter ausgebildete Laserdiode 120 innerhalb eines durch das Trägersubstrat 98, den ersten Siliziumwafer 83, den zweiten Siliziumwafer 80 und den Glaswafer 90 aufgespannten Gehäuses angeordnet wird. Das Trägersubstrat 98 und die Gehäuseteile werden miteinander gebondet. In diesem Ausführungsbeispiel wird als Fügemittel Glaslot verwendet, dessen Bondtemperatur über im Wesentlichen 300°C liegt. Der Bondprozess kann somit nur mit einem Laser assisted Bondprozess erfolgen. Zur besseren Einkopplung der Laserleistung weist das Trägersubstrat 98 in diesem Zusammenhang erste umlaufende Ausnehmungen 97 auf. Während des Fügeschritts wölbt sich eine elastische Platte 121 in die Öffnungen 150 des Trays 151 hinein und erzeugt somit einen Andruck an die Gehäuseteile. Die Laserdiode ist mittels eines separaten Befestigungselements mit dem Trägersubstrat 98 verbunden. In einem auf den Verfahrensschritt 113 folgenden Verfahrensschritt 114 werden die Laserdiodenvorrichtungen 122a bis 122c noch vereinzelt.

Claims

Laserdiodenvorrichtung (1a, 1b, 1c, 122a, 122b, 122c), umfassend - wenigstens eine Laserdiode (5, 36, 120), wobei die Laserdiode (5, 36, 120) als Kantenemitter ausgebildet ist, und - ein Gehäuse (41, 60) mit einem transparenten, optischen Fenster (3, 30), wobei das transparente, optische Fenster (3, 30) als eine erste Seitenwand (61) des Gehäuses (41, 60)ausgebildet ist, wobei das Gehäuse (41, 60) dazu ausgebildet ist, die Laserdiode (5, 36, 120) gegenüber einer äußeren Umgebung der Laserdiodenvorrichtung (1a, 1b, 1c, 122a, 122b, 122c), insbesondere hermetisch, abzuschirmen, wobei das transparente, optische Fenster (3, 30) ausgebildet ist, wenigstens einen von der Laserdiode (5, 36, 120) erzeugten Laserstrahl (8, 42) in die äußere Umgebung zu transmittieren, wobei die Laserdiode (5, 36, 120) zumindest mittelbar an einem Boden (6, 38) des Gehäuses (41, 60) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (16, 17, 31, 51, 61, 62) des Gehäuses (41, 60) und einer dem Gehäuseboden (6,38) gegenüberliegend angeordneter Gehäusedeckel (2, 32) aus einer Mehrzahl von, insbesondere wenigstens drei, Wafern ausgebildet sind.
Laserdiodenvorrichtung (1a, 1b, 1c, 122a, 122b, 122c) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Seitenwand (61) des Gehäuses (41, 60) aus einem Glaswafer (90) ausgebildet ist, wobei eine der ersten Seitenwand (61) gegenüberliegende zweite Seitenwand (31, 51, 62) des Gehäuses (41, 60) aus einem ersten Siliziumwafer (83) ausgebildet ist, wobei die weiteren Seitenwände, insbesondere eine dritte (16) und vierte Seitenwand (17) des Gehäuses (41, 60), und ein Gehäusedeckel (2, 32) aus einem zweiten Siliziumwafer (80) ausgebildet sind.
Laserdiodenvorrichtung (1a, 1b, 1c, 122a, 122b, 122c) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (16, 17, 31, 51, 61, 62) einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen.
Laserdiodenvorrichtung (1a, 1b, 1c, 122a, 122b, 122c) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (41, 60) quaderförmig ausgebildet ist.
Laserdiodenvorrichtung (1a, 1b, 1c, 122a, 122b, 122c) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserdiodenvorrichtung (1a, 1b, 1c, 122a, 122b, 122c) zusätzlich ein separat zu dem Gehäuse (41, 60) angeordnetes Befestigungselement (10) aufweist, wobei das Befestigungselement (10) dazu ausgebildet ist, die Laserdiode (5, 36, 120) derart innerhalb des Gehäuses (41, 60) zu befestigen, dass der wenigstes eine von der Laserdiode erzeugte Laserstrahl (8, 42) unmittelbar in die äußere Umgebung transmittiert wird.
Laserdiodenvorrichtung (1a, 1b, 1c, 122a, 122b, 122c) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseboden (6, 38) als Trägersubstrat (98) ausgebildet ist.
Laserdiodenvorrichtung (1a, 1b, 1c, 122a, 122b, 122c) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat (98) auf einer Unterseite des Trägersubstrats (98) wenigstens eine erste, insbesondere umlaufende, Ausnehmung (7a, 7b, 97) aufweist.
Laserdiodenvorrichtung (1a, 1b, 1c, 122a, 122b, 122c) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusedeckel (2, 32) wenigstens eine zweite Ausnehmung (33) aufweist.
System (50), aufweisend - wenigstens zwei nebeneinander angeordnete Laserdiodenvorrichtungen (1a, 1b, 1c, 122a, 122b, 122c) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, und - einen optischen Detektor (47), wobei eine zweite (1c) der wenigstens zwei nebeneinander angeordneten Laserdiodenvorrichtungen (1b, 1c) auf einer Außenseite (34a, 34b) einer zweiten Seitenwand (31, 51, 62) eines zweiten Gehäuses (41, 60) der zweiten Laserdiodenvorrichtung (1a, 1b, 1c, 122a, 122b, 122c) eine Spiegelfläche (45a, 45b) aufweist, wobei die Spiegelfläche (45a, 45b) derart relativ zu einer ersten der wenigstens zwei nebeneinander angeordneten Laserdiodenvorrichtungen (1b, 1c) ausgerichtet ist, dass wenigstens ein von einer ersten Laserdiode (5, 36, 120) der ersten Laserdiodenvorrichtung (1a, 1b, 1c, 122a, 122b, 122c) ausgesendeter Laserstrahl (8, 42) von der Spiegelfläche (45a, 45b) in Richtung des optischen Detektors (47) ausgelenkt wird.
System (50) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet das System (50) als Gehäuseboden (6, 38) ein gemeinsames Trägersubstrat (98) der wenigstens zwei nebeneinander angeordneten Laserdiodenvorrichtungen (1a, 1b, 1c, 122a, 122b, 122c) aufweist, wobei das Trägersubstrat (98) in einem Teilbereich (48) zwischen der ersten und zweiten Laserdiodenvorrichtung (1a, 1b, 1c, 122a, 122b, 122c) eine Öffnung (40a, 40b), insbesondere ein Durchgangsloch, aufweist, wobei die Spiegelfläche (45a, 45b) derart relativ zu der ersten (1b) der wenigstens zwei nebeneinander angeordneten Laserdiodenvorrichtungen (1b, 1c) ausgerichtet ist, dass der wenigstens eine von der Laserdiode (5, 36, 120) der ersten Laserdiodenvorrichtung (1a, 1b, 1c, 122a, 122b, 122c) ausgesendete Laserstrahl (8, 42) von der Spiegelfläche (45a, 45b) in Richtung der Öffnung (40a, 40b) und dem im Strahlengang hinter der Öffnung (40a, 40b) angeordneten optischen Detektors (47) ausgelenkt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Laserdiodenvorrichtung (1a, 1b, 1c, 122a, 122b, 122c), insbesondere einer Laserdiodenvorrichtung (1a, 1b, 1c, 122a, 122b, 122c) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist: - Bereitstellen (99) eines zweiten Siliziumwafers (80), und - Erzeugen (100) eines, insbesondere im Querschnitt rechteckförmigen, Durchgangslochs (81) innerhalb des zweiten Siliziumwafers (80) mittels eines ersten Ätzschritts, insbesondere mittels KOH-Ätzen oder mittels Trenchätzen, und - Bereitstellen eines ersten Siliziumwafers (83), und - Verbinden des ersten und zweiten Siliziumwafers (80) derart, dass der erste Siliziumwafer das erzeugte Durchgangsloch (81) auf einer Unterseite des zweiten Silizumwafers (80) verschließt, und - Bereitstellen (102) eines Glaswafers (90), und - Verbinden (104) des zweiten Siliziumwafers (80) und des Glaswafers (90) derart, dass der Glaswafer (90) das erzeugte Durchgangsloch (81) auf einer Oberseite des zweiten Silizumwafers (80) verschließt, und - Trennen (110) des Waferstapels entlang einer Trennebene (89), wobei die Trennebene (89) entlang einer Haupterstreckungsrichtung des Durchgangslochs (81) verläuft, und - Verbinden (113) eines Trägersubstrats (98) mit dem ersten Siliziumwafer (83), dem zweiten Siliziumwafer (80) und dem Glaswafer (90) derart, dass eine auf einer Außenseite des Trägersubstrats (89) als Kantenemitter ausgebildete Laserdiode (5, 36, 120) innerhalb eines durch das Trägersubstrat (98), den ersten Siliziumwafer (83), den zweiten Siliziumwafer (80) und den Glaswafer (90) aufgespannten Gehäuses (41, 60) angeordnet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass auf eine Oberseite des ersten Siliziumwafers (83) eine Trench Strahlstopper Struktur (84) aufgebracht wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbinden des Trägersubstrats (98) mit dem ersten Siliziumwafer (83), dem zweiten Siliziumwafer (80) und dem Glaswafer (90) derart erfolgt, dass das Gehäuse (41, 60) hermetisch abgedichtet ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Durchgangslöchern (81) in dem zweiten Siliziumwafer (80) erzeugt werden, und das Trennen des Waferstapels entlang der Durchgangslöcher (81) derart erfolgt, dass eine Mehrzahl von Laserdiodenvorrichtungen (1a, 1b, 1c, 122a, 122b, 122c) erzeugt werden.
Verfahren zum Ermitteln einer Dichtheit eines Gehäuses (41, 60) einer Laserdiodenvorrichtung (1a, 1b, 1c, 122a, 122b, 122c) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist: - Verbinden des Trägersubstrats (98) mit dem ersten Siliziumwafer (83), dem zweiten Siliziumwafer (80) und dem Glaswafer (90) derart, dass ein definierter Innendruck innerhalb des durch das Trägersubstrat (98), den ersten Siliziumwafer (83), den zweiten Siliziumwafer (80) und den Glaswafer (90) aufgespannten Gehäuses (41, 60) erzeugt wird, wobei der Innendruck einen Druckunterschied gegenüber dem Umgebungsdruck aufweist, und - Messen einer Durchbiegung des Gehäusedeckels (2, 32), und - Ermitteln der Dichtheit des Gehäuses (41, 60) in Abhängigkeit der gemessenen Durchbiegung.
Verfahren zum Ermitteln einer optischen Funktion einer ersten Laserdiode (5, 36, 120) eines Systems (50) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist: - Aussenden wenigstens eines Laserstrahls (8, 42) mittels einer innerhalb eines ersten Gehäuses (41, 60) einer ersten Laserdiodenvorrichtung (1a, 1b, 1c, 122a, 122b, 122c) angeordneten ersten Laserdiode (5, 36, 120), und - Ablenken des ausgesendeten Laserstrahls (8, 42) auf einen optischen Detektor (47) mittels einer auf einer Außenseite einer zweiten Seitenwand (31, 51, 62) eines zweiten Gehäuses (41, 60) einer zweiten Laserdiodenvorrichtung (1a, 1b, 1c, 122a, 122b, 122c) angeordneten Spiegelfläche (45a, 45b), wobei die erste und zweite Laserdiodenvorrichtung (1a, 1b, 1c, 122a, 122b, 122c) nebeneinander angeordnet sind, und - Ermitteln der optischen Funktion der ersten Laserdiode (5, 36, 120) in Abhängigkeit des abgelenkten Laserstrahls (8, 42), insbesondere in Abhängigkeit einer Intensitätsverteilung und/oder einer Helligkeit und/oder einer Wellenlänge, mittels des optischen Detektors (47).