DE102021123010A1 - COMPONENT WITH IMPROVED PROPERTIES REGARDING WAVELENGTH EXPANSION - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Bauelement (10) mit einer Mehrzahl von Emitterbereichen (R) angegeben, wobei die Emitterbereiche (R) mindestens oder genau zwei Halbleiterchips (10C) zugeordnet sind, wobei die Halbleiterchips (10C) nebeneinander auf einem Träger (9) angeordnet sind, und wobei die mindestens zwei oder die genau zwei Halbleiterchips (10C) verschieden von einem Einfachemitter sind.A component (10) with a plurality of emitter regions (R) is specified, the emitter regions (R) being assigned at least or exactly two semiconductor chips (10C), the semiconductor chips (10C) being arranged next to one another on a carrier (9), and wherein the at least two or exactly two semiconductor chips (10C) are different from a single emitter.
Description
Es wird ein Bauelement angegeben.A component is specified.
Bei diffraktiven Wellenleitern spielt die Bandbreite des Laserstrahls eine entscheidende Rolle. Durch die kleine Bandbreite eines einzelnen Lasers entstehen optisch sichtbare Artefakte im Wellenleiter. Diese sind für den Benutzer einer AR- (Argumented Reality) oder VR- (Virtual Reality) Brille oder einer Datenbrille sichtbar und störend.The bandwidth of the laser beam plays a decisive role in diffractive waveguides. Due to the small bandwidth of a single laser, optically visible artefacts arise in the waveguide. These are visible and disruptive to the user of AR (Argumented Reality) or VR (Virtual Reality) glasses or data glasses.
Durch die Verschiebung einzelner Emitterbereiche eines vierfachen Emitters etwa um einige Nanometer, zum Beispiel um 2,5 nm, kann die Bandbreitenaufweitung eingestellt werden. Diese Methode ist jedoch sehr aufwändig in der Herstellung und führt zu hohen Ausbeuteverlusten.The broadening of the bandwidth can be adjusted by shifting individual emitter areas of a quadruple emitter by about a few nanometers, for example by 2.5 nm. However, this method is very complex to produce and leads to high yield losses.
Eine Aufgabe ist es, ein Bauelement mit verbesserten Eigenschaften bezüglich der Wellenlängenaufweitung, insbesondere zur Steigerung der Bildqualität zum Beispiel einer AR-Brille oder einer VR-Brille oder einer Datenbrille anzugeben.One object is to specify a component with improved properties with regard to wavelength expansion, in particular to increase the image quality, for example of AR glasses or VR glasses or data glasses.
Diese Aufgabe wird durch ein Bauelement gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Bauelements sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a component according to the independent claim. Further refinements and developments of the component are the subject matter of the dependent claims.
Durch ein angepasstes Chipdesign kann ein Vielfachemitter, zum Beispiel ein Vierfachemitter, auf kleine Emitter, etwa auf zwei Zweifachemitter, aufgeteilt werden. Im Vergleich mit dem Vielfachemitter kann der Abstand zwischen den Emitterbereichen erhalten bleiben. Die Aufteilung auf zwei Laserdioden führt zu einem deutlich vereinfachten Produktionsprozess und gibt somit eine einfachere Methode an, die Bandbreite insbesondere auf 10 nm, etwa auf 10 nm +/- 5 nm, 10 nm +/- 3 nm, 10 nm +/- 3 nm oder 10 nm +/- 1 nm zu erweitern, um optische Artefakte im Wellenleiter zu verringern.A multiple emitter, for example a quadruple emitter, can be divided into small emitters, for example two double emitters, by means of an adapted chip design. In comparison with the multiple emitter, the distance between the emitter areas can be maintained. The division into two laser diodes leads to a significantly simplified production process and thus provides a simpler method, the bandwidth in particular to 10 nm, for example 10 nm +/- 5 nm, 10 nm +/- 3 nm, 10 nm +/- 3 nm or 10 nm +/- 1 nm to reduce optical artifacts in the waveguide.
In mindestens einer Ausführungsform eines Bauelements weist dieses eine Mehrzahl von Emitterbereichen auf. Insbesondere sind die Emitterbereiche mindestens oder genau zwei Halbleiterchips zugeordnet.In at least one embodiment of a component, this has a plurality of emitter regions. In particular, the emitter regions are assigned to at least or exactly two semiconductor chips.
In mindestens einer Ausführungsform eines Bauelements weist dieses zumindest zwei Halbleiterchips auf. Die zwei Halbleiterchips sind insbesondere zwei Emitter oder zwei Laserdioden. Insbesondere sind die Emitter oder Laserdioden verschieden von einem Einfachemitter. Die Halbleiterchips können Zweifach- oder Dreifachemitter sein. Die Halbleiterchips können zum Beispiel zwei oder drei Ridges aufweisen. Die Halbleiterchips des Bauelements können nebeneinander auf einem Träger angeordnet sein. Weist der Halbleiterchip zwei Ridges auf, wird dieser als Zweifach- oder Doppelemitter bezeichnet.In at least one embodiment of a component, this has at least two semiconductor chips. The two semiconductor chips are in particular two emitters or two laser diodes. In particular, the emitters or laser diodes are different from a single emitter. The semiconductor chips can be dual or triple emitters. The semiconductor chips can have two or three ridges, for example. The semiconductor chips of the component can be arranged next to one another on a carrier. If the semiconductor chip has two ridges, it is referred to as a dual or double emitter.
Insbesondere sind die Emitterbereiche durch so genannte Steg-Bereiche, oder auch Ridges genannt, definiert. Ein Bauelement oder ein Halbleiterchip mit solchen Steg-Bereichen wird auch als Ridgelaser oder Streifenlaser bezeichnet. Ein solches Bauelement oder ein solcher Halbleiterchip kann einen Streifenwellenleiter oder mehrere Streifenwellenleiter aufweisen, der/die in einem zweiten Halbeiterbereich des jeweiligen Halbleiterchips geformt ist/sind. Solcher Streifenwellenleiter kann zu einer eindimensionalen Wellenleitung entlang einer Wellenleitrichtung einer in einer aktiven Zone des Halbleiterchips erzeugten Laserstrahlung eingerichtet sein. Weist der Halbleiterchip zwei oder mehrere Emitterbereiche auf, kann der Halbleiterchip zwei oder mehrere solche Streifenwellenleiter aufweisen.In particular, the emitter areas are defined by so-called bar areas, also known as ridges. A component or a semiconductor chip with such ridge areas is also referred to as a ridge laser or stripe laser. Such a component or such a semiconductor chip can have a strip waveguide or a plurality of strip waveguides which is/are formed in a second semiconductor region of the respective semiconductor chip. Such a strip waveguide can be set up to form a one-dimensional waveguide along a waveguide direction of a laser radiation generated in an active zone of the semiconductor chip. If the semiconductor chip has two or more emitter regions, the semiconductor chip can have two or more such strip waveguides.
Der Emitterbereich oder der Streifenwellenleiter erstreckt sich zum Beispiel entlang einer lateralen Richtung des Halbleiterchips. Insbesondere ist der Streifenwellenleiter in Form eines entlang einer vertikalen Richtung herausragenden Stegs ausgeführt. Weist der Halbleiterchip mehrere Emitterbereiche auf, kann der Halbleiterchip in Draufsicht mehrere nebeneinander angeordnete Streifenwellenleiter insbesondere in Form von herausragenden, nebeneinander angeordneten Stegen aufweisen.The emitter region or the strip waveguide extends, for example, along a lateral direction of the semiconductor chip. In particular, the strip waveguide is designed in the form of a ridge protruding along a vertical direction. If the semiconductor chip has a plurality of emitter regions, the semiconductor chip can have a plurality of strip waveguides arranged next to one another in a plan view, in particular in the form of protruding webs arranged next to one another.
Unter einer lateralen Richtung wird eine Richtung verstanden, die insbesondere parallel zu einer Haupterstreckungsfläche des Halbleiterchips oder des Trägers verläuft. Unter einer vertikalen Richtung wird eine Richtung verstanden, die insbesondere senkrecht zu der Haupterstreckungsfläche des Halbleiterchips oder des Trägers gerichtet ist. Die vertikale Richtung und die laterale Richtung sind orthogonal zueinander.A lateral direction is understood as meaning a direction which runs, in particular, parallel to a main extension area of the semiconductor chip or of the carrier. A vertical direction is understood as meaning a direction which is directed in particular perpendicularly to the main extension area of the semiconductor chip or of the carrier. The vertical direction and the lateral direction are orthogonal to each other.
Bei einem Ridgelaser oder bei einem Streifenlaser werden Laserstrahlungen an einer Seitenfläche des Ridgelasers oder des Streifenlasers ausgekoppelt. Die erzeugten Laserstrahlungen breiten sich im Wesentlichen entlang einer lateralen Richtung parallel zum Streifenwellenleiter aus. In the case of a ridge laser or a stripe laser, laser radiation is coupled out on a side surface of the ridge laser or the stripe laser. The generated laser radiation propagates essentially along a lateral direction parallel to the strip waveguide.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements weisen die Halbleiterchips des Bauelements Anschlusspads auf. Über die Anschlusspads können die Halbleiterchips oder die Emitter extern kontaktiert werden, zum Beispiel über eine Kontaktstruktur des Trägers.In accordance with at least one embodiment of the component, the semiconductor chips of the component have connection pads. The semiconductor chips or the emitters can be contacted externally via the connection pads, for example via a contact structure of the carrier.
Insbesondere befinden sich die Anschlusspads auf einer Rückseite des Halbleiterchips. Zum Beispiel sind die Anschlusspads zwischen dem Träger und einem Halbleiterkörper des Halbleiterchips angeordnet. Der Halbleiterchip kann Durchkontakte aufweisen, die sich entlang der vertikalen Richtung zum Beispiel durch zumindest einen Halbleiterbereich des Halbleiterkörpers hindurch erstrecken und jeweils mit einem der Anschlusspads elektrisch leitend verbunden sind.In particular, the connection pads are located on a rear side of the semiconductor chip. For example, the connection pads between the tray ger and a semiconductor body of the semiconductor chip arranged. The semiconductor chip can have vias which extend along the vertical direction, for example through at least one semiconductor region of the semiconductor body, and are each electrically conductively connected to one of the connection pads.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements sind die Halbleiterchips über den Träger elektrisch kontaktiert. Zum Beispiel weist der Träger eine Kontaktstruktur auf, die im elektrischen Kontakt mit den Anschlusspads des Halbleiterchips steht. Die Kontaktstruktur kann im elektrischen Kontakt mit allen Anschlusspads der Halbleiterchips stehen.In accordance with at least one embodiment of the component, the semiconductor chips are electrically contact-connected via the carrier. For example, the carrier has a contact structure that is in electrical contact with the connection pads of the semiconductor chip. The contact structure can be in electrical contact with all connection pads of the semiconductor chips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements ist die Anzahl der Anschlusspads eines Halbleiterchips oder eines Emitters gleich die Anzahl der Ridges oder der Emitterbereiche des zugehörigen Halbleiterchips oder Emitters.In accordance with at least one embodiment of the component, the number of connection pads of a semiconductor chip or an emitter is equal to the number of ridges or emitter regions of the associated semiconductor chip or emitter.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements weist dieses mindestens zwei, insbesondere genau zwei Doppelemitter oder Dreifachemitter auf.In accordance with at least one embodiment of the component, it has at least two, in particular precisely two, double emitters or triple emitters.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements sind die Emitter derart nebeneinander angeordnet, dass eine Wellenlängenaufweitung von 10 nm +/- 5 nm, 10 nm +/- 3 nm oder 10 nm +/- 1 nm erzielt ist.In accordance with at least one embodiment of the component, the emitters are arranged next to one another in such a way that a wavelength expansion of 10 nm +/- 5 nm, 10 nm +/- 3 nm or 10 nm +/- 1 nm is achieved.
In mindestens einer Ausführungsform einer AR-, VR- oder einer Datenbrille weist diese das hier beschriebene Bauelement auf.In at least one embodiment of AR, VR or data glasses, these have the component described here.
Weitere Ausführungsformen und Weiterbildungen des Bauelements ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den
-
1 ein herkömmliches Bauelement mit einem Vierfachemitter, und -
2 ,3 ,4 sowie 5 verschiedene Ausführungsbeispiele eines Bauelements mit Doppelemittern.
-
1 a conventional device with a quadruple emitter, and -
2 ,3 ,4 and 5 different exemplary embodiments of a component with double emitters.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren sind jeweils schematische Darstellungen und daher nicht unbedingt maßstabsgetreu. Vielmehr können vergleichsweise kleine Elemente und insbesondere Schichtdicken zur Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt sein.Elements that are the same, of the same type or have the same effect are provided with the same reference symbols in the figures. The figures are each schematic representations and therefore not necessarily true to scale. Rather, comparatively small elements and in particular layer thicknesses can be exaggerated for clarity.
Gemäß
Gemäß
Insbesondere kann der in der
Im Vergleich mit
Wie in der
Der Halbleiterchip 10C kann eine erste Halbleiterschicht, eine zweite Halbleiterschicht und eine zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht angeordnete aktive Zone aufweisen, wobei die aktive Zone im Betrieb des Halbleiterchips 10C zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung, insbesondere kohärenter elektromagnetischer Strahlung, eingerichtet ist. In Draufsicht auf den Halbleiterchip 10C kann der Durchkontakt V mit einem Teilbereich der aktiven Zone überlappen. Aufgrund der Überlappung wird hauptsächlich insbesondere lediglich im mit dem Durchkontakt V überlappenden Teilbereich der aktiven Zone elektromagnetische Strahlung erzeugt.The
Weist der Halbleiterchip 10C zwei Ridges R auf, die über zwei zugehörige Durchkontakte V und zwei zugehörige Anschlusspads AP elektrisch kontaktiert sind, kann der Halbleiterchip 10C in zwei unterschiedlichen Teilbereichen der aktive Zone elektromagnetische Strahlungen erzeugen. Die erzeugten elektromagnetischen Strahlungen sind zum Beispiel Laserstrahlungen. Insbesondere weisen die erzeugten Laserstrahlungen im Wesentlichen dieselbe Peakwellenlänge auf. Die Laserstrahlungen S können an einer Seitenfläche des Halbleiterchips 10C ausgekoppelt werden. Dies ist zum Beispiel in der
Das in der
Insbesondere weist das Bauelement 10 genau zwei Halbleiterchips 10C auf, die jeweils als Doppelemitter LC oder RC mit genau zwei Emitterbereichen R ausgeführt sind. Abweichend von
Es ist möglich, dass das Bauelement 10 zwei, drei oder mehrere Halbleiterchips 10C aufweist, die verschieden voneinander oder gleichartig aufgebaut sind. Sind die Halbleiterchips 10C gleichartig aufgebaut, können sie die gleiche Halbleiterstruktur aufweisen. Es ist möglich, dass die Halbleiterkörper der gleichartig aufgebauten Halbleiterchips 10C aus denselben Materialien gebildet sind. Zum Beispiel können die Halbleiterkörper der in der
Wie in der
Die zwei Halbleiterchips 10C sind durch einen lateralen Zwischenbereich D oder einen lateralen Abstand D voneinander räumlich beabstandet. Der laterale Zwischenbereich D kann zwischen einschließlich 5 µm und 50 µm breit sein. Der laterale Abstand D zwischen zwei benachbarten Halbleiterchips 10C kann größer oder kleiner als der laterale Abstand A zwischen zwei benachbarten Emitterbereichen R sein. Insbesondere ist der Zwischenbereich D zwischen zwei benachbarten Halbleiterchips 10C zur Einstellung eines lateralen Abstandes zwischen zwei äußeren benachbarten Emitterbereichen R der benachbarten Halbleiterchips 10C eingerichtet.The two
Es ist möglich, dass das Bauelement 10 einen äquidistanten lateralen Teilungsabstand DA für alle Emitterbereiche R aufweist. Dies ist zum Beispiel in der
Die in den
Gemäß
Gemäß
Gemäß
Gemäß
Gemäß
Insbesondere zeigen die
Abweichend von den
Zum Beispiel zur Erzielung der Vergrößerung der Breite der spektralen Emission ist die Überlagerung von Spektren einzelner Ridges R mit einem kleinen Wellenlängenoffset. Oft ist eine spektrale Breite (Wellenlängenaufweitung) von etwa 10 nm (FWHM) wünschenswert. Um diesen Wert zu erzielen kann das Wellenlängenoffset zwischen den Emittern oder zwischen den Emitterbereichen oder zwischen den Ridges zirka 2 µm - 5 µm zwischen den einzelnen Resonatoren sein.For example, in order to increase the width of the spectral emission, it is possible to superimpose the spectra of individual ridges R with a small wavelength offset. A spectral width (wavelength spread) of around 10 nm (FWHM) is often desirable. In order to achieve this value, the wavelength offset between the emitters or between the emitter areas or between the ridges can be around 2 µm - 5 µm between the individual resonators.
Das Bauelement 10 kann mehrere Resonatoren aufweisen, wobei die Rigdes derart nebeneinander angeordnet sind, dass im Betrieb des Bauelements 10 Spektren einzelner Ridges R mit einem Wellenlängenoffset überlagern. Insbesondere ist das Wellenlängenoffset zwischen einschließlich 2 µm und 5 µm zwischen den einzelnen Resonatoren. Dadurch kann eine spektrale Breite von 10 nm +/- 5 nm erzielt werden.The
Die Anzahl der Anschlusspads AP eines Halbleiterchips 10C kann identisch mit der Anzahl der Emitterbereiche R des zugehörigen Halbleiterchips 10C sein. Insbesondere sind die Emitterbereiche R als Ridges ausgeführt. Die Halbleiterchips 10C können Durchkontakte V aufweisen, die jeweils zur elektrischen Kontaktierung eines der Ridges R eingerichtet sind. Die Durchkontakte V können sich entlang der gesamten lateralen Ausdehnung des zugehörigen Ridges R erstrecken. The number of connection pads AP of a
Insbesondere bestimmen die Positionen der Durchkontakte V ausgewählte Teilbereiche der aktiven Zone des jeweiligen Halbleiterchips 10C, in die Ladungsträger gezielt injiziert werden, sodass die ausgewählten Teilbereiche der aktive Zone im Betrieb des Bauelements 10 zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlungen eingerichtet sind. Zum Beispiel ist die Anzahl der Durchkontakte V identisch mit der Anzahl der Anschlusspads AP und/oder der Anzahl der Ridges R.In particular, the positions of the vias V determine selected sub-areas of the active zone of the
Im Betrieb des Bauelements 10 sind die Emitterbereiche R zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlungen eingerichtet, die an einer Seitenfläche des Bauelements 10, i.e. an Seitenflächen der Halbleiterchips 10C, lateral aus dem Bauelement 10 ausgekoppelt werden können. Zum Beispiel sind die Emitterbereiche R derart nebeneinander angeordnet, dass eine Wellenlängenaufweitung von 10 nm +/- 5 nm erzielt ist.During operation of the
Insbesondere durch die Anwendung von Doppelemittern kann die natürliche Verschiebung der Wellenlänge eines Emitterbereichs/ Ridges R pro Halbleiterchip 10C, etwa pro Laserdiode LC oder RC, insbesondere eine gewünschte Bandbreitenaufweitung erzielt werden. Die natürliche Verschiebung der Wellenlänge ergibt sich insbesondere durch den kurzen, vorgegebenen Abstand des Emitterbereichs/ Ridges R zur Chipkante. Diese Offenbarung liefert somit einfachere Methode, um die gewünschte Bandbreitenaufweitung zu erzielen, im Vergleich zu einem Vierfachemitter mit aufwändiger Verschiebung der Wellenlänge durch geätzte Gräben.In particular through the use of double emitters, the natural shift in the wavelength of an emitter region/ridge R per
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung der Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Die Erfindung umfasst vielmehr jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Ansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Ansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.The invention is not limited to these by the description of the invention based on the exemplary embodiments. Rather, the invention encompasses every new feature and every combination of features, which in particular includes every combination of features in the claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly stated in the claims or exemplary embodiments.
Bezugszeichenlistereference list
- 1010
- Bauelement component
- CC
- Halbleiterchip, MehrfachemitterSemiconductor chip, multiple emitter
- 10C, LC10C, LC
- Halbleiterchipsemiconductor chip
- 10C, RC10C, RC
- Halbleiterchipsemiconductor chip
- 99
- Träger carrier
- AA
- Abstand zwischen zwei benachbarten Emitterbereichen desselben HalbleiterchipsDistance between two adjacent emitter areas of the same semiconductor chip
- APAP
- Anschlusspadconnection pad
- BB
- Breite des Halbleiterchips/ MehrfachemittersWidth of the semiconductor chip/multiple emitter
- DD
- Abstand/ Zwischenbereich zwischen zwei benachbarten Halbleiterchips Distance/intermediate area between two adjacent semiconductor chips
- GAGA
- Breite der Region der EmitterbereicheWidth of the region of the emitter areas
- NBNB
- Breite des Halbleiterchips/ Doppelemitters Width of the semiconductor chip/double emitter
- RR
- Emitterbereich, Ridgeemitter area, ridge
- SS
- Strahlungradiation
- VV
- Durchkontakt via
- ZAZA
- Abstand zwischen zwei benachbarten Emitterbereichen benachbarter HalbleiterchipsDistance between two adjacent emitter areas of adjacent semiconductor chips
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified | ||
R118 | Application deemed withdrawn due to claim for domestic priority |