DE102022102087A1

DE102022102087A1 - Laserpackage und verfahren zur herstellung eines laserpackage

Info

Publication number: DE102022102087A1
Application number: DE102022102087.8A
Authority: DE
Inventors: Elmar Baur; Thomas Kippes; Jan Marfeld
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2022-01-28
Filing date: 2022-01-28
Publication date: 2023-08-03
Also published as: WO2023144342A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Laserpackage umfassend ein Trägersubstrat mit wenigstens einer elektrischen Kontaktfläche auf einer Oberseite des Trägersubstrates, eine auf der wenigstens einen elektrischen Kontaktfläche angeordnete elektrisch leitfähige Wärmesenke, eine auf oder über der Wärmesenke angeordnete elektrisch leitfähige Kontaktschicht, eine Laservorrichtung, die auf der elektrisch leitfähigen Kontaktschicht angeordnet und mit dieser gekoppelt ist, und die dazu ausgebildet ist Laserstrahlung durch wenigstens eine Laserfacette auf einer Seitenfläche der Laservorrichtung zu emittieren, einen Gehäusedeckel, der auf der Oberseite des Trägersubstrates angeordnet ist, und mit dem Trägersubstrat einen Hohlraum ausbildet, und eine poröse Speicherschicht umfassend ein Gettermaterial. Die elektrisch leitfähige Wärmesenke, die Laservorrichtung und die poröse Speicherschicht sind dabei in dem Hohlraum angeordnet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laserpackage, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Laserpackages.
Hintergrund
Wenn Halbleiterlaser an offener Atmosphäre, also ohne ein darum ausgebildetes Gehäuse (ungekapselt/ungehaust), betrieben werden, wird eine Ablagerung von Material an der Laserfacette beobachtet, die zu einer Degradation des Lasers führen kann. Durch die Degradation des Lasers kann im Verlauf der Lebensdauer des Lasers die Lichtleistung desselben abnehmen. Es wird vermutet, dass es sich bei den Ablagerungen um organische Verunreinigungen in der Umgebungsluft des Lasers handelt, die sich auf der Laserfacette anlagern und die Laserstrahlung im Bereich der Laserfacette absorbieren. Dies kann wiederum zu einer Erhöhung der Temperatur im Bereich der Laserfacette bis hin zu einer Zerstörung der Laserfacette führen.
Um dies zu vermeiden, werden Halbleiterlaser im Herstellungsprozess meist in einem Gehäuse angeordnet. Insbesondere wird dabei ein hermetisch dichtes Gehäuse und anorganische Materialien innerhalb des Gehäuses verwendet, sodass keine organischen Moleküle der Atmosphäre in das Gehäuse eindringen können oder innerhalb des Gehäuses ausgasen. Hermetisch dichte Gehäuse sind allerdings sehr teuer, da die Anforderungen an Dichtigkeit, im MIL-Standard 883 beschrieben, sehr hoch sind.
Es besteht daher das Bedürfnis, ein Laserpackage, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Laserpackages anzugeben, welches zumindest einem der vorgenannten Probleme entgegenwirkt.
Zusammenfassung der Erfindung
Diesem Bedürfnis wird durch ein in Anspruch 1 genanntes Laserpackage, sowie durch das in Anspruch 16 genannte Verfahren zur Herstellung eines Laserpackages Rechnung getragen. Weitere Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung nutzt ein Element, wie beispielsweise eine poröse Schicht, die die Speicherung eines Gettermaterials ermöglicht. Gettermaterialien können, insbesondere in Kombination mit energetisch hohem Laserlicht einer Laservorrichtung, Moleküle, insbesondere organische Moleküle, neutralisieren, die eine Degradation der Laserfacette einer Laservorrichtung verursachen. Durch Anordnen einer solchen porösen Speicherschicht umfassend ein Gettermaterial in unmittelbarer Umgebung der Laserfacette, beispielweise innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses, kann das Gettermaterial während einer bestimmungsgemäßen Verwendung der Laservorrichtung aus der porösen Schicht desorbieren und die organischen Moleküle im Bereich der Laserfacette können neutralisiert werden. Dadurch kann beispielsweise die Verwendung eines hermetisch dichten Gehäuses, insbesondere nach dem hohen MIL-Std. 883, nicht mehr notwendig sein, und die Lebensdauer der Laservorrichtung dennoch erhöht werden. Das Eindringen von Molekülen, insbesondere organischen Molekülen, in das Laserpackage kann durch Verwendung eines Gettermaterial toleriert werden, da diese von demselben wiederum unschädlich gemacht werden. Zudem ist eine solche Speicherschicht umfassend ein Gettermaterial deutlich günstiger als ein hermetisch abgedichtetes Gehäuse.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst ein Laserpackage ein Trägersubstrat mit wenigstens einer elektrischen Kontaktfläche auf einer Oberseite des Trägersubstrates, eine auf der wenigstens einen elektrischen Kontaktfläche angeordnete elektrisch leitfähige Wärmesenke und eine auf oder über der Wärmesenke angeordnete elektrisch leitfähige Kontaktschicht. Zudem umfasst das Laserpackage eine Laservorrichtung, die auf der elektrisch leitfähigen Kontaktschicht angeordnet und mit dieser gekoppelt ist, und die dazu ausgebildet ist Laserstrahlung durch wenigstens eine Laserfacette auf einer Seitenfläche der Laservorrichtung zu emittieren. Auf der Oberseite des Trägersubstrates ist ferner ein Gehäusedeckel angeordnet, der mit dem Trägersubstrat einen Hohlraum ausbildet. In dem Hohlraum sind die elektrisch leitfähige Wärmesenke, die Laservorrichtung und eine poröse Speicherschicht angeordnet, wobei die poröse Speicherschicht ein Gettermaterial umfasst.
Getter sind chemische Stoffe, die Moleküle, die sich in der Luft befinden, chemisch binden. Insbesondere werden diese Moleküle dem Luftvolumen entzogen. Halbleiterlaser benötigen in diesem engen Sinne des Begriffes nicht wirklich Gettermaterialien, aber sie benötigen Materialien, die organische Moleküle innerhalb eines Laserpackages unschädlich machen. Untersuchungen zeigen, dass zum Beispiel Sauerstoff in Kombination mit energetisch hohem Laserlicht einer Laservorrichtung eine Getter-Wirkung erzielt. Kohlenstoffhaltige (organische) Moleküle werden unter der starken Lichtleistung des Lasers mit Hilfe von Sauerstoff zu Wasser und Kohlendioxyd umgewandelt bzw. werden verbrannt. Folglich besitzt beispielsweise Sauerstoff eine Getter-Wirkung. Das Wasser als auch das Kohlendioxyd innerhalb des Laserpackages verursachen dabei im Gegensatz zu den organischen Molekülen keine Facettendegradation.
Die Gettermaterialien sind insbesondere im Laserpackage in einem Depot gespeichert und können während des Betriebes der Laservorrichtung abgegeben werden. Vorteilhaft ist dabei ein Depot mit einer großen spezifischen Oberfläche, an der die Gettermaterialien deponiert bzw. adsorbiert werden können und während des Betriebes des Lasers nach und nach desorbieren. Vorteilhaft sind also schwammartige Strukturen bzw. eine poröse Schicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die elektrisch leitfähige Kontaktschicht zwischen der Laservorrichtung und der elektrisch leitfähigen Wärmesenke angeordnet und umfasst die poröse Speicherschicht. Beispielsweise kann die elektrisch leitfähige Kontaktschicht eine poröse Struktur aufweisen und entsprechend die poröse Speicherschicht bilden. Die elektrisch leitfähige Kontaktschicht kann entsprechend das Gettermaterial umfassen, und neben einer Funktion als elektrisch leitfähige Kontaktschicht zwischen der Laservorrichtung und der elektrisch leitfähigen Wärmesenke auch als Depot für das Gettermaterial dienen. Die elektrisch leitfähige Kontaktschicht und die poröse Speicherschicht können beispielsweise durch eine einzige gemeinsame Schicht gebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die poröse Speicherschicht bezogen auf deren Volumen eine höhere spezifische Oberfläche auf als die elektrisch leitfähige Wärmesenke und/oder das Trägersubstrat und/oder der Gehäusedeckel und/oder die Laservorrichtung. Beispielsweise kann die poröse Speicherschicht bezogen auf deren Volumen eine 10-fach, 20-fach oder beispielsweise 100-fach höhere spezifische Oberfläche als die elektrisch leitfähige Wärmesenke und/oder das Trägersubstrat und/oder der Gehäusedeckel und/oder die Laservorrichtung aufweisen. Die spezifische Oberfläche ist dabei insbesondere jeweils auf das Volumen der porösen Speicherschicht, der elektrisch leitfähigen Wärmesenke, des Trägersubstrats, des Gehäusedeckels bzw. der Laservorrichtung bezogen. Eine derart höhere spezifische Oberfläche kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass es sich bei der poröse Speicherschicht beispielsweise um eine Schicht mit einer Schwammartigen Struktur handelt, die eine Vielzahl von Hohlräumen bzw. Durchgangslöchern durch die Schicht aufweist. In diesen Hohlräumen und Durchgangslöchern bzw. auf deren Oberfläche kann das Gettermaterial ausgebildet sein und gespeichert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die poröse Speicherschicht eine Nanowire-Struktur bzw. ist durch eine Nanowire-Schicht gebildet. Auch die elektrisch leitfähige Kontaktschicht kann eine Nanowire-Struktur umfassen bzw. durch eine Nanowire-Schicht gebildet sein. Eine solche Struktur umfasst insbesondere eine Vielzahl von sogenannten Nanowires. Nanowires sind dünne Drähte („wires“), beispielsweise metallische Drähte mit einem Durchmesser im Bereich von mehreren hundert nm bis wenigen um und einer Länge von wenigen um bis ca. 10µm bis 20µm. Innerhalb einer Nanowire-Schicht können eine Vielzahl von Nanowires eng nebeneinander angeordnet sein. Nanowires bzw. eine Nanowire-Schicht kann beispielweise anstelle einer Lotschichten als eine elektrische Kontaktschicht verwendet werden, mit der eine Laservorrichtung auf ein Substrat aufgebracht wird. Wegen einer hohen Wärmeleitfähigkeit und insbesondere wegen einer gleichzeitig hohen mechanischen Flexibilität können Nanowires bzw. eine Nanowire-Schicht bevorzugt als elektrische Kontaktschicht verwendet werden, um thermomechanische Spannungen zwischen der Laservorrichtung und einem Substrat zu verringern bzw. zu puffern.
Nanowires bzw. Nanowire-Strukturen werden bisher jedoch nicht im Zusammenhang mit Gettermaterialien verwendet. Da die Metalldrähte zueinander beabstandet sind und sich somit zwischen den Nanowires Zwischenräume bzw. Hohlräume ergeben, entsteht eine „schwammartige“ Struktur mit einer hohen spezifischen Oberfläche, die als Depot für Gettermaterialien geeignet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die poröse Speicherschicht und/oder die elektrisch leitfähige Kontaktschicht ein Sintermaterial. Insbesondere kann mittels einem Sinterprozess eine poröse Speicherschicht bzw. eine poröse elektrisch leitfähige Kontaktschicht erzeugt werden, die als Depot für Gettermaterialien geeignet ist. Es ist jedoch auch möglich, dass die poröse Speicherschicht ein poröses Material wie beispielsweise Magnesiumoxid umfasst, oder zum Beispiel eine Nanotube-Struktur umfasst, in der das Gettermaterial gespeichert ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die poröse Speicherschicht beabstandet zur Kontaktschicht angeordnet. Die poröse Speicherschicht und die Kontaktschicht können insbesondere durch zwei separate Schichten gebildet sein, die beabstandet zueinander in dem Laserpackage bzw. dem Hohlraum angeordnet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die poröse Speicherschicht auf der elektrisch leitfähigen Wärmesenke angeordnet, oder die poröse Speicherschicht kann auch auf einem im weiteren näher beschriebenen Submount angeordnet sein. Auf der Wärmesenke oder dem Submount kann die poröse Speicherschicht durch eine separate Schichte gebildet sein, oder die elektrisch leitfähige Kontaktschicht bilden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die poröse Speicherschicht auf dem Trägersubstrat angeordnet. Auf dem Trägersubstrat kann die poröse Speicherschicht durch eine separate Schichte gebildet sein, oder kann eine elektrisch leitfähige Kontaktschicht zwischen dem Trägersubstrat und der elektrisch leitfähigen Wärmesenke bilden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Laservorrichtung durch eine Laserdiode, insbesondere durch eine Kantenemittierende Laserdiode gebildet. Die Laserdiode kann während deren bestimmungsgemäßer Verwendung beispielsweise gepulst betrieben werden. In einigen Ausführungsformen kann es jedoch auch gewünscht sein, dass diese kontinuierlich betrieben wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Laservorrichtung durch eine multi-ridge-Laserdiode, insbesondere kantenemittierende multi-ridge-Laserdiode, mit zumindest einem Laserkanal gebildet. Die multi-ridge-Laserdiode kann jedoch auch mehrere eng benachbarte separate Laserkanäle aufweisen, die jeweils Licht einer zumindest leicht unterschiedlichen Wellenlänge emittieren. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Laserkanäle Licht im Wesentlichen derselben Wellenlänge emittieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Laservorrichtung dazu ausgebildet blaues Laserlicht bzw. Laserlicht mit einer Wellenlänge in einem Wellenlängenbereich von ca. 400 nm bis ca. 500 nm zu emittieren. Dies soll aber nicht beschränkend zu verstehen sein, denn die Laservorrichtung kann auch dazu ausgebildet sein Laserlicht jeder anderen Farbe, wie beispielsweise rot, grün, infrarot oder ultraviolett zu emittieren. Insbesondere kann die Laservorrichtung dazu ausgebildet sein, unabhängig von der Größe der Laservorrichtung, Laserlicht mit einer hohen Leistungsdichte im Bereich der Laserfacette zu emittieren. Beispielsweise kann es sich bei der Laservorrichtung um eine Hochleistungslaserdiode handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Gettermaterial Sauerstoff. Durch Sauerstoff beispielsweise in Kombination mit energetisch hohem Laserlicht einer Laservorrichtung können kohlenstoffhaltige (organische) Moleküle zu Wasser und Kohlendioxyd umgewandelt bzw. verbrannt werden. Im Laufe des Betriebs der Laservorrichtung kann der Sauerstoff aus der porösen Speicherschicht desorbieren und die „schädlichen“ organischen Moleküle können in „unschädliche“ Moleküle wie beispielsweise Wasserdampf und CO₂ umgewandelt werden. Beispielsweise kann das Gettermatierla durch Zeolith gebildet sein oder Zeolith umfassen. In Zeolith kann beispielsweise Sauerstoff gespeichert werden, und dieser anschließend langsam wieder abgegeben werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Gettermaterial dazu ausgebildet, während einer bestimmungsgemäßen Verwendung des Laserpackages aus der porösen Speicherschicht zu desorbieren. Das desorbierte Gettermaterial kann sich dann mit Molekülen, insbesondere organischen Molekülen, die sich in der unmittelbaren Umgebung der Laservorrichtung, und insbesondere in unmittelbarer Umgebung der wenigstens einen Laserfacette, befinden chemisch binden bzw. diese in für die Laserfacette unschädliche Moleküle umwandeln. Zudem kann es vorteilhaft sein, wenn die poröse Speicherschicht bzw. das Depot in einem Bereich des Laserpackages angeordnet ist, der sich aufgrund bzw. während der bestimmungsgemäßen Verwendung des Laserpackages erwärmt. Dadurch kann eine Desorption des Gettermaterials aus der Speicherschicht bzw. des Depots erleichtert sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Laserpackage ferner einen Submount, der zwischen der Wärmesenke und der elektrisch leitfähigen Kontaktschicht angeordnet ist. Der Submount umfasst beispielsweise einen keramischen Basisträger, auf dessen Ober- und Unterseite jeweils eine elektrisch leitfähige Beschichtung ausgebildet ist. Beispielsweise kann der Basisträger aus einem keramischen Material wie Aluminiumnitrit (AlN) und die elektrisch leitfähige Beschichtung durch ein Metall wie Kupfer (Cu) gebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Submount mittels einer Lotschicht auf der Wärmesenke befestigt. Der Submount kann hingegen auch mittels einer anders ausgebildeten Kontaktschicht auf der Wärmesenke befestigt sein, die beispielsweise die poröse Speicherschicht umfasst. Beispielsweise kann der Submount mittels einer Nanowire-Struktur auf der Wärmesenke angeordnet sein, und das Gettermaterial kann in Zwischenräumen bzw. auf der Oberfläche der Nanowire-Struktur angeordnet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Gehäusedeckel mittels einer Klebeschicht auf dem Trägersubstrat befestigt. Die Klebeschicht kann beispielsweise ein organisches Material umfassen, sodass das Laserpackage nicht hermetisch gekapselt ist, sondern organische Moleküle aus der Klebeschicht in den Hohlraum des Laserpackages ausgasen oder in denselben eindiffundieren können. Mithilfe des Gettermaterials können diese organischen Moleküle jedoch unschädlich gemacht werden, sodass diese nicht zu einer Degradation der Laserfacette führen.
Die Klebeschicht kann gemäß zumindest einer Ausführungsform hingegen auch aus einem anorganischen Material gebildet sein, und das Laserpackage kann mittels der anorganischen Klebeschicht, dem Trägersubstrat und dem Gehäusedeckel hermetisch verkapselt werden. Dadurch kann eine zusätzliche Erhöhung der Lebensdauer des Laserpackages erreicht werden. Das Gettermaterial kann dabei insbesondere dazu verwendet werden, mögliche, aufgrund des Herstellungsverfahrens des Laserpackages, oder aufgrund der bestimmungsgemäßen Verwendung des Laserpages, in dem Hohlraum befindliche organische Moleküle unschädlich zu machen, sodass diese keine Degradation der Laserfacette bewirken können.
Es wird ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Laserpackages vorgeschlagen, umfassend die Schritte:

Bereitstellen eines Trägersubstrats mit wenigstens einer elektrischen Kontaktfläche auf einer Oberseite des Trägersubstrates;
Anordnen einer elektrisch leitfähigen Wärmesenke auf der wenigstens einen elektrischen Kontaktfläche;
Ausbilden einer porösen Speicherschicht umfassend ein Gettermaterial;
Anordnen einer Laservorrichtung auf oder über der elektrisch leitfähigen Wärmesenke; und
Anordnen eines Gehäusedeckels auf der Oberseite des Trägersubstrates, sodass dieser und mit dem Trägersubstrat einen Hohlraum ausbildet und die elektrisch leitfähige Wärmesenke, die Laservorrichtung und die poröse Speicherschicht in dem Hohlraum angeordnet sind.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die poröse Speicherschicht eine Nanowire-Struktur. Zum Ausbilden der Nanowire-Struktur kann beispielsweise eine Ionenspur-geätzte Filterfolie verwendet werden. Ionenspur-geätzte Filterfolien, etwa aus Polycarbonat (PC), Polyimid (PI) oder Polyethylenterephthalat (PET), können dabei als Maske für eine galvanische Abscheidung von „Metallhalmen“ bzw. Nanowires dienen, da diese aufgrund der Ionenspur-Ätzung Hohlräume bzw. Durchganslöcher aufweisen, die anschließend wieder gefüllt werden können. Durch Entfernen der Filterfolie, nach erfolgtem Auffüllen der Hohlräume bzw. Durchganslöcher mit einem gewünschten Material, verbleibt dieses in Form von periodisch oder willkürlich zueinander angeordneten „Metallhalmen“ bzw. Nanowires. Solche Filterfolien können eine Dicke von bis zu 25 pm mit Hohlräumen bzw. Durchganslöchern mit einem Durchmesser von 15 nm und größer aufweisen. Für die vorliegende Erfindung kann in bevorzugter Weise beispielswese eine PC-Filterfolie mit einem Poren- bzw. Hohlraumdurchmesser von 100 nm verwendet werden, sodass damit Nanowires mit einem Durchmesser von 100 nm und einer Länge von ca. 2 um erzeugt werden können.
Für den Fall, dass die poröse Speicherschicht auch als elektrisch leitfähige Kontaktschicht zwischen der elektrisch leitfähigen Wärmesenke und der Laservorrichtung dient, kann diese eine Nanowire-Struktur aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet sein. Die Nanowires können entsprechend durch Metallhalme gebildet sein, beispielsweise aus Gold (Au), Silber (Ag), Kupfer (Cu) oder einer entsprechend weichen Metalllegierung. Insbesondere kann die Filterfolie so gewählt werden, dass sich damit Metallhalme mit einem Durchmesser von weniger als 1 µm bzw. weniger als 200 nm erzeugen lassen, die mindestens eine 8-fache bzw. mindestens eine 10-fachen Länge des Durchmessers aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die poröse Speicherschicht auf der elektrisch leitfähigen Wärmesenke ausgebildet. Die Laservorrichtung kann dann auf der porösen Speicherschicht angeordnet werden, und die poröse Speicherschicht als elektrisch leitfähige Kontaktschicht zwischen der elektrisch leitfähigen Wärmesenke und der Laservorrichtung dienen. Die poröse Speicherschicht kann hingegen auch auf der elektrisch leitfähigen Wärmesenke benachbart zu der Laservorrichtung angeordnet werden, und somit nicht als elektrisch leitfähige Kontaktschicht zwischen der elektrisch leitfähigen Wärmesenke und der Laservorrichtung dienen.
Der Schritt des Ausbildens der porösen Speicherschicht kann beispielsweise durch Einspritzen oder Aufdampfen des Gettermaterials in Zwischenräume der porösen Schicht erfolgen bzw. einen solchen Prozess umfassen. Beim Bau des Laserpackages kann ein Gettermaterial, z.B. unter hohem Druck, in die poröse Speicherschicht eingebracht werden, sodass dieses an der Oberfläche der porösen Struktur adsorbiert. Im Laufe des Betriebs des Lasers kann dieses Gettermaterial desorbieren und schädliche Moleküle, insbesondere organische Moleküle, in unschädliche umwandeln. Für den Fall, dass das Gettermaterial Sauerstoff umfasst, können mittels des Sauerstoffs beispielsweise organische bzw. kohlenstoffhaltige Moleküle im Hohlraum des Laserpackages während einer bestimmungsgemäßen Verwendung des Laserpackages in unschädlichen Wasserdampf und CO₂ umgewandelt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Schritt des Anordnens des Gehäusedeckels auf der Oberseite des Trägersubstrates ein Aufkleben des Gehäusedeckels auf der Oberseite des Trägersubstrates mittels einer Klebeschicht. Insbesondere kann es sich bei der Klebeschicht um eine Schicht umfassend ein organisches Material handeln, mittels der das Laserpackage eingekapselt wird, insbesondere nicht hermetisch eingekapselt wird.
Figurenliste
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen, jeweils schematisch,

1 ein Laserpackage umfassend eine Laservorrichtung auf einem Submount; und
2 bis 7 Ausführungsformen eines Laserpackages mit einer porösen Speicherschicht umfassend ein Gettermaterial einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips.

Detaillierte Beschreibung
Die folgenden Ausführungsformen und Beispiele zeigen verschiedene Aspekte und ihre Kombinationen nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die Ausführungsformen und Beispiele sind nicht immer maßstabsgetreu. Ebenso können verschiedene Elemente vergrößert oder verkleinert dargestellt werden, um einzelne Aspekte hervorzuheben. Es versteht sich von selbst, dass die einzelnen Aspekte und Merkmale der in den Abbildungen gezeigten Ausführungsformen und Beispiele ohne weiteres miteinander kombiniert werden können, ohne dass dadurch das erfindungsgemäße Prinzip beeinträchtigt wird. Einige Aspekte weisen eine regelmäßige Struktur oder Form auf. Es ist zu beachten, dass in der Praxis geringfügige Abweichungen von der idealen Form auftreten können, ohne jedoch der erfinderischen Idee zu widersprechen.
Außerdem sind die einzelnen Figuren, Merkmale und Aspekte nicht unbedingt in der richtigen Größe dargestellt, und auch die Proportionen zwischen den einzelnen Elementen müssen nicht grundsätzlich richtig sein. Einige Aspekte und Merkmale werden hervorgehoben, indem sie vergrößert dargestellt werden. Begriffe wie „oben“, „oberhalb“, „unten“, „unterhalb“, „größer“, „kleiner“ und dergleichen werden jedoch in Bezug auf die Elemente in den Figuren korrekt dargestellt. So ist es möglich, solche Beziehungen zwischen den Elementen anhand der Abbildungen abzuleiten.
1 zeigt eine schematische Skizze eines typischen Laserpackages 1 mit einer Laserdiode bzw. einem Laserchip 2, der mittels einer ersten Lotschicht 3 auf einen Submount 4 gelötet wird, und dieser Submount 4 mittels einer zweiten Lotschicht 5 auf eine Wärmesenke 6, insbesondere Kupferwärmesenke aufgebracht wird. Ein solches Laserpacke 1 muss zum gegenwärtigen Zeitpunkt hermetisch verkapselt (nicht dargestellt) sein, um Alterungseffekte innerhalb des Laserpackages 1 zu verringern und so die Lebensdauer des Laserpackages 1 zu erhöhen. Hermetisch dichte Gehäuse sind allerdings sehr teuer, da die Anforderungen an Dichtigkeit, die im MIL-Standard 883 beschrieben werden, sehr hoch sind.
Es wird daher ein verbessertes Laserpackage vorgeschlagen, welches kein hermetisch abgedichtetes Gehäuse benötigt, aber die Lebensdauer des Laserpackages dennoch erhöht werden kann. Ein solches Laserpackage bzw. mögliche Ausführungsformen desselben nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips sind in den 2 bis 7 gezeigt.
2 zeigt ein Laserpackage 10 umfassend ein Trägersubstrat 11 mit einer elektrischen Kontaktfläche auf einer Oberseite des Trägersubstrates 11. Auf der elektrischen Kontaktfläche bzw. auf dem Trägersubstrat 11 ist eine elektrisch leitfähige Wärmesenke 12 angeordnet, die mit der elektrischen Kontaktfläche bzw. dem Trägersubstrat 11 elektrisch gekoppelt ist. Auf der Wärmesenke 12 ist mittels einer Lotschicht 13 ein Submount 14 befestigt. Der Submount 14 umfasst einen Basisträger 15, auf dessen Ober- und Unterseite jeweils eine elektrisch leitfähige Beschichtung 16a, 16b ausgebildet ist. Die Lotschicht 14 grenzt dabei an die elektrisch leitfähige Beschichtung 16b auf der Unterseite des Submounts 14 an.
Auf dem Submount 14 bzw. über der Wärmesenke 12 ist eine elektrisch leitfähige Kontaktschicht 17 angeordnet, die den Submount 14 und eine Laservorrichtung 18, die auf der elektrisch leitfähigen Kontaktschicht 17 angeordnet ist, elektrisch miteinander koppelt. Die Laservorrichtung 18 ist dazu ausgebildet Laserstrahlung durch eine Laserfacette 19 auf einer Seitenfläche 20 der Laservorrichtung 18 zu emittieren. Insbesondere ist die Laservorrichtung 18 derart auf dem Submount 14 angeordnet, dass die Laserfacette 19 im Wesentlichen in derselben Ebene wie eine darunterliegenden Seitenfläche 21 des Submountes 14 liegt oder über diese hinausragt. Dies verhindert ein sogenanntes beam clipping der von der Laservorrichtung 18 emittierten Laserstrahlung durch den Submount 14 bzw. durch die darunterliegende Wärmesenke 12.
Das Laserpackage 10 umfasst zudem eine poröse Speicherschicht 22 in der ein Gettermaterial gespeichert ist. In der in 2 dargestellten Ausführungsform umfasst die elektrisch leitfähige Kontaktschicht 17 die poröse Speicherschicht 22 und somit auch das Gettermaterial. Insbesondere umfasst die elektrisch leitfähige Kontaktschicht 17 in der dargestellten Ausführungsform eine Nanowire-Struktur, in der das Gettermaterial gespeichert ist. Wegen der hohen Flexibilität der Nanowires einer solchen Nanowire-Struktur können thermomechanische Spannungen, die durch unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Laservorrichtung 18 und dem Submount 14 entstehen, gepuffert werden. Zusätzlich dazu kann aufgrund der hohen spezifischen Oberfläche der Nanowire-Struktur das Gettermaterial gut in der Nanowire-Struktur bzw. in den Zwischenräumen und/oder auf der großen Oberfläche der Nanowire-Struktur gespeichert werden.
Mittels einem Gehäusedeckel 23, der auf der Oberseite des Trägersubstrates 11 angeordnet ist, ist das Laserpackage 10 verkapselt. Der Gehäusedeckel 23 bildet mit dem Trägersubstrat 11 einen Hohlraum 24 aus, in dem die elektrisch leitfähige Wärmesenke 12, der Submount 14, die Laservorrichtung 18, und die elektrisch leitfähige Kontaktschicht 17 bzw. die poröse Speicherschicht 22 angeordnet sind. Der Gehäusedeckel 23 wird dabei insbesondere mit eine Klebeschicht 25 auf dem Trägersubstrat 11 befestigt, wobei die Klebeschicht 25 entgegen eines hermetisch verkapselten Laserpackages organische Materialien umfassen kann. Aufgrund der Verwendung der porösen Speicherschicht 22 umfassend ein Gettermaterial kann nämlich auf eine hermetische Verkapselung des Laserpackages 10 verzichtet werden, und es kann dennoch die Lebensdauer des Laserpackages 10 erhöht werden, da das Gettermaterial während einer bestimmungsgemäßen Verwendung des Laserpackages 10 schädliche Moleküle innerhalb des Hohlraums 24 unschädlich machen kann.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Laserpackages nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips. Im Gegensatz zu dem in 2 gezeigten Laserpackage 10 ist die Laservorrichtung 10 direkt auf der Wärmesenke 12 angeordnet, und auf den Submount 14 wurde verzichtet. In diesem Fall ist die Laservorrichtung 18 derart auf der Wärmesenke 12 angeordnet, dass die Laserfacette 19 der Laservorrichtung 18 im Wesentlichen in derselben Ebene wie eine darunterliegenden Seitenfläche 26 der Wärmesenke 12 liegt oder über diese hinausragt. Dies verhindert wiederum ein beam clipping der von der Laservorrichtung 18 emittierten Laserstrahlung durch die darunterliegende Wärmesenke 12.
Die elektrisch leitfähige Kontaktschicht 17 umfasst wiederum die poröse Speicherschicht 22 und somit auch das Gettermaterial sowie eine Nanowire-Struktur, in der das Gettermaterial gespeichert ist. Dadurch können wiederum thermomechanische Spannungen zwischen der Laservorrichtung 18 und der Wärmesenke 12 gepuffert werden.
4 bis 7 zeigen Ausführungsformen, bei denen die poröse Speicherschicht 22 durch eine separate Schicht in dem Laserpackage 10 ausgebildet ist und nicht in der elektrisch Leitfähigen Kontaktschicht 17.
Gemäß 4 und 5 ist die poröse Speicherschicht 22 beispielsweise auf dem Submount 14 bzw. der Wärmesenke 12 beabstandet zu der elektrisch Leitfähigen Kontaktschicht 17 angeordnet. 6 und 7 zeigen hingegen Ausführungsformen, bei denen die poröse Speicherschicht 22 auf dem Trägersubstrat beabstandet zu der Wärmesenke 12 angeordnet ist. Es ist jedoch auch möglich, dass die poröse Speicherschicht 22 beispielsweise in Form einer elektrisch leitfähigen Kontaktschicht zwischen dem Trägersubstrat 11 und der Wärmesenke 12 bzw. zwischen der Wärmesenke 12 und dem Submount 14 angeordnet ist.
Prinzipiell ist die Positionierung der porösen Speicherschicht 22 innerhalb des Laserpackage 10 frei wählbar, jedoch kann es bevorzugt sein, wenn die poröse Speicherschicht in einem Bereich des Laserpackages 10 angeordnet ist, der sich aufgrund bzw. während der bestimmungsgemäßen Verwendung des Laserpackages 10 erwärmt. Dadurch kann eine Desorption des Gettermaterials aus der Speicherschicht erleichtert sein.
Bezugszeichenliste

1: Laserpackage
2: Laserdiode
3: erste Lotschicht
4: Submount
5: zweite Lotschicht
6: Wärmesenke
10: Laserpackage
11: Trägersubstrat
12: Wärmesenke
13: Lotschicht
14: Submount
15: Basisträger
16a, 16b: elektrisch leitfähige Beschichtung
17: Kontaktschicht
18: Laservorrichtung
19: Laserfacette
20: Seitenfläche
21: Seitenfläche
22: poröse Speicherschicht
23: Gehäusedeckel
24: Hohlraum
25: Klebeschicht
26: Seitenfläche

Claims

Laserpackage (10) umfassend: ein Trägersubstrat (11) mit wenigstens einer elektrischen Kontaktfläche auf einer Oberseite des Trägersubstrates (11); eine auf der wenigstens einen elektrischen Kontaktfläche angeordnete elektrisch leitfähige Wärmesenke (12); eine auf oder über der Wärmesenke (12) angeordnete elektrisch leitfähige Kontaktschicht (17); eine Laservorrichtung (18), die auf der elektrisch leitfähigen Kontaktschicht (17) angeordnet und mit dieser gekoppelt ist, und die dazu ausgebildet ist Laserstrahlung durch wenigstens eine Laserfacette (19) auf einer Seitenfläche (20) der Laservorrichtung (18) zu emittieren; einen Gehäusedeckel (23), der auf der Oberseite des Trägersubstrates (11) angeordnet ist, und mit dem Trägersubstrat (11) einen Hohlraum (24) ausbildet; und eine poröse Speicherschicht (22) umfassend ein Gettermaterial; wobei die elektrisch leitfähige Wärmesenke (12), die Laservorrichtung (18) und die poröse Speicherschicht (22) in dem Hohlraum angeordnet sind.
Laserpackage nach Anspruch 1, wobei die elektrisch leitfähige Kontaktschicht (17) die poröse Speicherschicht (22) umfasst.
Laserpackage nach Anspruch 1 oder 2, wobei die poröse Speicherschicht (22) bezogen auf deren Volumen eine höhere spezifische Oberfläche aufweist als die elektrisch leitfähige Wärmesenke (12) und/oder das Trägersubstrat (11) und/oder der Gehäusedeckel (23) und/oder die Laservorrichtung (18).
Laserpackage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die poröse Speicherschicht (22) eine Nanowire-Struktur umfasst.
Laserpackage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die poröse Speicherschicht (22) ein Sintermaterial umfasst.
Laserpackage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei poröse Speicherschicht (22) beabstandet zur Kontaktschicht (17) angeordnet ist.
Laserpackage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die poröse Speicherschicht (22) auf der elektrisch leitfähigen Wärmesenke (12) angeordnet ist.
Laserpackage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die poröse Speicherschicht (22) auf dem Trägersubstrat (11) angeordnet ist.
Laserpackage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gettermaterial Sauerstoff umfasst.
Laserpackage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gettermaterial dazu ausgebildet ist, während einer bestimmungsgemäßen Verwendung des Laserpackages (10) aus der porösen Speicherschicht (22) zu desorbieren.
Laserpackage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Submount (14), der zwischen der Wärmesenke (12) und der elektrisch leitfähigen Kontaktschicht (17) angeordnet ist, wobei der Submount (14) einen keramischen Basisträger (15) umfasst, auf dessen Ober- und Unterseite jeweils eine elektrisch leitfähige Beschichtung (16a, 16b) ausgebildet ist.
Laserpackage nach Anspruch 11, wobei der Submount (14) mittels einer Lotschicht (13) auf der Wärmesenke (12) befestigt ist.
Laserpackage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gehäusedeckel (23) mittels einer Klebeschicht (25) auf dem Trägersubstrat (11) befestigt ist.
Laserpackage nach Anspruch 13, wobei die Klebeschicht (25) ein organisches Material umfasst.
Laserpackage nach Anspruch 13, wobei die Klebeschicht (25) durch ein anorganisches Material gebildet ist
Verfahren zur Herstellung eines Laserpackages (10) umfassend die Schritte: Bereitstellen eines Trägersubstrats (11) mit wenigstens einer elektrischen Kontaktfläche auf einer Oberseite des Trägersubstrates (11); Anordnen einer elektrisch leitfähigen Wärmesenke (12) auf der wenigstens einen elektrischen Kontaktfläche; Ausbilden einer porösen Speicherschicht (22) umfassend ein Gettermaterial; Anordnen einer Laservorrichtung (18) auf oder über der elektrisch leitfähigen Wärmesenke (12); und Anordnen eines Gehäusedeckels (23) auf der Oberseite des Trägersubstrates (11), sodass dieser und mit dem Trägersubstrat (11) einen Hohlraum (24) ausbildet und die elektrisch leitfähige Wärmesenke (12), die Laservorrichtung (18) und die poröse Speicherschicht (22) in dem Hohlraum (24) angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die poröse Speicherschicht (22) eine Nanowire-Struktur umfasst und auf der elektrisch leitfähigen Wärmesenke (12) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Laservorrichtung (18) auf der porösen Speicherschicht (22) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei der Schritt des Ausbildens der porösen Speicherschicht (22) ein Einspritzen des Gettermaterials in Zwischenräume der porösen Speicherschicht (22) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei der Schritt des Anordnens des Gehäusedeckels (23) auf der Oberseite des Trägersubstrates (11) ein Aufkleben des Gehäusedeckels (23) auf der Oberseite des Trägersubstrates (11) mittels einer Klebeschicht (25) umfasst.