DE3739408A1

DE3739408A1 - Laserchipaufbau

Info

Publication number: DE3739408A1
Application number: DE19873739408
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl Ing Westermeier
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1987-11-20
Filing date: 1987-11-20
Publication date: 1989-06-01

Description

Bei der Herstellung von Laserchips wird von einem Substrat, einem sogenannten Wafer, ausgegangen, der im Anschluß an die Fertigungsverfahren in einzelne Chips zerlegt wird. Dieses Zerlegen geschieht entweder dadurch, daß das Substrat längs gitterförmig verlaufender Bruchlinien auseinandergebrochen wird, wobei sich bei den verwendeten Halbleitermaterialien sehr glatte Bruchstellen ergeben, die als spiegelnde Endflächen für die Laserzonen dienen, oder das Substrat wird längs gitter förmig verlaufender Trennungslinien durch Ätzen in die ein zelnen Laserchips zerlegt.

Bei Verwendung von III-V-Halbleitermaterialien, wie z.B. GaAs oder InP, sind die Materialkosten wesentlich höher als bei der Siliziumtechnik. Man ist daher bemüht, bei der Herstellung von Chips aus diesen Materialien den Ausschuß möglichst gering zu halten.

Die einzelnen Laserchips werden nach einem durch Erwärmen her beigeführten künstlichen Alterungsprozeß einzeln vermessen und auf ihre Funktionsweise überprüft. Dabei kann es vorkommen, daß etwa achtzig Prozent wegen Funktionsmängeln aussortiert werden müssen. Diejenigen Anteile der auf dem Substrat aufgebrachten Halbleiterschichtstruktur, die für die Strahlungserzeugung und die Wellenleitung vorgesehen sind, nehmen nur einen sehr geringen Anteil an der Oberfläche des einzelnen Chips ein. Eine Materialeinsparung durch weiteres Verkleinern der Chips ist theoretisch möglich, aber nicht erwünscht, weil sich so kleine Bauelemente nur schwer herstellen und weiterverarbeiten lassen. Auf dem Wege der Miniaturisierung scheint das Optimum unter den gegebenen Bedingungen erreicht zu sein.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Laserchipauf bau anzugeben, bei dem ohne wesentliche Erhöhung der Material kosten und ohne wesentlichen Mehraufwand bei der Herstellung der zu erwartende Ausschuß wesentlich geringer ist als bei den herkömmlichen Laserchips.

Diese Aufgabe wird mit dem erfindungsgemäßen Laserchipaufbau mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst.

Grundgedanke der Erfindung ist, einen Laserchip mit mehreren laseraktiven Streifen zu versehen, so daß die Wahrscheinlich keit, daß mindestens einer dieser Laserstreifen die geforder ten Strahlungseigenschaften aufweist, so hoch ist, daß der An teil an Laserchips, der Ausschuß darstellt, so gering ist, daß eine Minimierung der Kosten erreicht wird. Die vorliegende Er findung gibt Laserchipaufbauten für die Realisierung des zu grunde liegenden Erfindungsgedankens an.

Von den in einem Laserchip angeordneten mehreren laseraktiven Streifen soll bei Betrieb des Bauelementes nur ein Laserstrei fen in Funktion sein. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit daß alle Laserstreifen auf dem Chip einzeln, d.h. getrennt von den übrigen, kontaktiert sind. Es soll zwar bei dieser Erfindung die Möglichkeit eingeschlossen sein, daß ein einzelner Laser als Laserdiodenarray von untereinander verkoppelten aktiven oder passiven Laserstreifen ausgebildet ist, aber die übrigen, als Alternative vorgesehenen Laser oder Laserarrays sollen die Strahlung des für den Betrieb vorgesehenen Lasers nicht nega tiv beeinflussen. Die Kontaktierung erfolgt über die gesamte Laserstreifenlänge homogen. Die Kontakte sind flächenhaft auszubilden, so daß das Anbringen von Elektroden, sogenannten Bonds, möglich ist. Die Abmessungen für diese Bondflächen sollten bei rechteckiger Ausgestaltung nicht weniger als etwa 50 µm in der Breite und etwa 100 µm in der Länge und bei kreis förmiger Ausgestaltung nicht weniger als etwa 70 µm im Durch messer betragen.

Durch diese Randbedingungen ist die Anzahl der Laser, die auf einem solchen Laserchip angeordnet werden können, nach oben begrenzt. Ein erfindungsgemäßer Laserchipaufbau hat der bei den verwendeten Materialien und Herstellungsverfahren zu erwartenden Ausschußquote Rechnung zu tragen. Nimmt man an, daß etwa jeder fünfte auf einem Substrat aufgebrachte Laser die ge forderten physikalischen Eigenschaften besitzt, so genügt es, wenn auf jedem einzelnen Laserchip fünf oder sechs Laserstreifen angeordnet sind, um den zu erwartenden Ausschuß auf ein vernachlässigbares Ausmaß zu begrenzen. Vorausgesetzt ist dabei, daß die einwandfrei arbeitenden Laser auf dem Wafer einigermaßen gleichmäßig verteilt sind.

Nach einem künstlichen Alterungsprozeß können so die verschie denen Laser auf einem Chip nachgemessen werden und anschließend für den Betrieb der am besten geeignete angeschlossen werden. Das Gehäuse oder allgemein eine als Wärmesenke und zur Montage des Chips dienende Vorrichtung muß so ausgestaltet sein, daß der Laserchip so einjustiert werden kann, daß die Austritts fläche für die Strahlung des jeweils aktivierten Lasers sich an der für die Anwendung vorgesehenen Stelle befindet. Die kon krete Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Laserchipaufbaus ist nicht auf das nachfolgende Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern läßt sich im Rahmen des Erfindungsgedankens an die jeweilige Anwendung und Herstellungsweise anpassen.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines erfin dungsgemäßen Laserchipaufbaus mit sechs laseraktiven Streifen.

Fig. 2 zeigt den in Fig. 1 dargestellten Laserchip in Auf sicht in einem vier Laserstreifen umfassenden Ausschnitt.

Fig. 3 zeigt den in Fig. 1 bezeichneten Ausschnitt in der Vergrößerung.

Ein erfindungsgemäßer Laserchipaufbau in der in Fig. 1 in perspektivischer Sicht dargestellten Ausführung besteht aus einem Substrat 1, auf das eine Halbleiterschichtstruktur 2 epitaktisch aufgewachsen ist. Unter Halbleitermaterial ist dabei in erster Linie III-V-Halbleitermaterial, wie z.B. GaAs oder InP, zu verstehen. Die laseraktiven Streifen sind in diesem Ausführungsbeispiel nach dem MCRW-Prinzip aufgebaut. Die laterale Strahlungsbegrenzung geschieht in dem Fall durch Quasiindexführung mittels an der Oberfläche der Halbleiter schichtstruktur 2 ausgebildeter Stege 11, 12, 13, 14, 15, 16. Die laseraktiven Streifen enden auf den Seiten des Laserchips in Strahlungsaustrittsflächen 41, 42, 43, 44, 45, 46.

Der Laserchip hat in Längsrichtung der Laserstreifen eine Längenabmessung d ₁ von etwa 200 µm und senkrecht dazu eine Breitenabmessung d ₂ von etwa 300 µm. Die Dicke h des Chips beträgt etwa 100 µm. Die Kontakte 21, 22, 23, 24, 25, 26 der einzelnen Laserstreifen erfolgt unter Ausbildung hinreichend großer Bondflächen. Die einzelnen Kontakte 21, 22, 23, 24, 25, 26, sind untereinander durch Kontakttrennungsgräben 31, 32, 33, 34, 35 getrennt. Die der Halbleiterschichtstruktur 2 gegenüberliegende Substratoberfläche wird ebenfalls kontaktiert. Falls ein Substrat aus semiisolierendem Material verwendet wird, wird dieser Gegenkontakt entsprechend auf der die Bondflächen aufweisenden Oberfläche angebracht.

Es wird nur eine der Bondflächen, in der Zeichnung die zu Kon takt 26 gehörende, mit einer Anschlußverbindung 5 versehen; der Gegenkontakt wird mit der Gegenelektrode versehen. Fällt der zunächst durch den elektrischen Anschluß aktivierte Laser z.B. nach dem Kurzzeitalterungsprozeß aus, so kann durch Anbringen der Anschlußverbindung 5 auf einer anderen Bondfläche ein anderer Laser statt dessen aktiviert werden. Es muß nur dafür gesorgt werden, daß beim Einbau des Laserchips die unterschied liche Position der Strahlungsaustrittsflächen 41, 42, 43, 44, 45, 46 keine Rolle spielt oder durch eine entsprechende Nach justage kompensiert wird. Die in der Figur eingetragenen Abmes sungen betragen etwa d ₃=d ₅=d ₇=50 µm und d ₄=d ₆=20 µm.

Die Verwendung eines erfindungsgemäßen Laserchips unterliegt der Einschränkung, daß die Kontakte 21, 22, 23, 24, 25, 26 der Laser nicht untereinander kurzgeschlossen werden dürfen, so daß eine Montage auf einem nicht elektrisch isolierenden Gehäuse nur mit der der Halbleiterschichtstruktur 2 gegenüberliegenden Seite des Substrates 1 möglich ist, weil im umgekehrten Fall das leitende Gehäuse die Kontakte 21, 22, 23, 24, 25, 26 der Laserstreifen untereinander kurzschließen würde und dann kein selektiver Betrieb eines Einzellasers mehr möglich wäre. Ein Aufbau ist daher nur upside up möglich.

Claims

1. Laserchipaufbau mit einem Substrat (1) aus III-V-Halbleiter material, mit einer Halbleiterschichtstruktur (2), die eine ak tive Schicht mit strahlungserzeugendem pn-Übergang enthält, mit mindestens zwei nach einem der bekannten der lateralen Strah lungsbegrenzung dienenden Prinzipe aufgebauten laseraktiven Streifen, mit zugehörigen, auf der obersten Schicht der Halb leiterschichtstruktur (2) aufgebrachten Kontakten (21, 22, 23, 24, 25, 26) mit Bondflächen und mit einem Gegenkontakt, dadurch gekennzeichnet,

- daß Kontakttrennungsgräben (31, 32, 33, 34, 35) vorgesehen sind, durch die die Kontakte (21, 22, 23, 24, 25, 26) voneinander elek trisch isoliert sind,
- daß die laseraktiven Streifen gleichartig aufgebaut sind,
- daß die Bondfläche genau eines Kontaktes (26), der zu einem laseraktiven Streifen, der bei angelegter Spannung die vor gesehenen Strahlungseigenschaften aufweist, gehört, mit einer Anschlußverbindung (5) versehen ist und
- daß eine Montage des Laserchips mit der der Halbleiterschicht struktur (2) gegenüberliegenden Seite des Substrates (1) vor gesehen ist.

2. Laserchipaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das III-V-Halbleitermaterial GaAs ist.

3. Laserchipaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das III-V-Halbleitermaterial InP ist.

4. Laserchipaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die laseraktiven Streifen eine Struktur aus untereinander verkoppelten Einzellaserstreifen besitzen.

5. Laserchipaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bondflächen rechteckig sind und eine Längenabmessung von mindestens 90 µm und einer Breitenabmessung von mindestens 40 µm besitzen.

6. Laserchipaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bondflächen rund sind und einen Durchmesser von min destens 60 µm besitzen.

7. Laserchipaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der laseraktiven Streifen mindestens 4 ist.

8. Laserchipaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der laseraktiven Streifen mindestens 5 ist.

9. Laserchipaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die laseraktiven Streifen untereinander einen Mittenabstand von mehr als 10 µm aufweisen.

10. Laserchipaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die laseraktiven Streifen untereinander einen Mittenabstand von mehr als 16 µm aufweisen.