DE69409586T2 - Verpacken von Hochleistungshalbleiterlasern - Google Patents
Verpacken von HochleistungshalbleiterlasernInfo
- Publication number
- DE69409586T2 DE69409586T2 DE69409586T DE69409586T DE69409586T2 DE 69409586 T2 DE69409586 T2 DE 69409586T2 DE 69409586 T DE69409586 T DE 69409586T DE 69409586 T DE69409586 T DE 69409586T DE 69409586 T2 DE69409586 T2 DE 69409586T2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- laser
- container
- getter
- semiconductor laser
- gaseous medium
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 30
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 title description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 38
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 37
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 37
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 37
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 18
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 18
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 claims description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 7
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 3
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 claims description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 2
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 claims 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 24
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 16
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 9
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000003570 air Substances 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 229910000833 kovar Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 5
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 4
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 125000003700 epoxy group Chemical group 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 239000012459 cleaning agent Substances 0.000 description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 3
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 2
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229940078707 opticlear Drugs 0.000 description 2
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 2
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 2
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- BYJAVTDNIXVSPW-UHFFFAOYSA-N tetryzoline Chemical compound N1CCN=C1C1C2=CC=CC=C2CCC1 BYJAVTDNIXVSPW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BTXXTMOWISPQSJ-UHFFFAOYSA-N 4,4,4-trifluorobutan-2-one Chemical compound CC(=O)CC(F)(F)F BTXXTMOWISPQSJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQACOLQNOUYJCE-FYZZASKESA-N Abietic acid Natural products CC(C)C1=CC2=CC[C@]3(C)[C@](C)(CCC[C@@]3(C)C(=O)O)[C@H]2CC1 BQACOLQNOUYJCE-FYZZASKESA-N 0.000 description 1
- RSWGJHLUYNHPMX-UHFFFAOYSA-N Abietic-Saeure Natural products C12CCC(C(C)C)=CC2=CCC2C1(C)CCCC2(C)C(O)=O RSWGJHLUYNHPMX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920006384 Airco Polymers 0.000 description 1
- 229910018125 Al-Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018520 Al—Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000000274 adsorptive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000012611 container material Substances 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- -1 etc. Substances 0.000 description 1
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 1
- 239000002529 flux (metallurgy) Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- JSRLCNHTWASAJT-UHFFFAOYSA-N helium;molecular nitrogen Chemical compound [He].N#N JSRLCNHTWASAJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical group 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 239000000700 radioactive tracer Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 150000003505 terpenes Chemical class 0.000 description 1
- 235000007586 terpenes Nutrition 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/0014—Measuring characteristics or properties thereof
- H01S5/0021—Degradation or life time measurements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
- H01L33/483—Containers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
- H01S5/0287—Facet reflectivity
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/022—Mountings; Housings
- H01S5/02218—Material of the housings; Filling of the housings
- H01S5/0222—Gas-filled housings
- H01S5/02224—Gas-filled housings the gas comprising oxygen, e.g. for avoiding contamination of the light emitting facets
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/022—Mountings; Housings
- H01S5/02235—Getter material for absorbing contamination
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Packages (AREA)
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft umhüllte Hochleistungs - Halbleiterlaser, ein Verfahren und eine Umhüllung dafür.
- Die Aufrechterhaltung der Laserstabilität und Verlängerung der Laserlebensdauer erfordert eine Kontrolle der Arbeitsumgebung des Lasers, speziell der Temperatur, Feuchtigkeit und Atmosphäre, die hinsichtlich der Halbleiterlasermaterialien relativ inert ist, wobei der Stand der Technik lehrt, daß eine sauerstofffreie Atmosphäre die Lebensdauer des Lasers verlängert. Außerdem wird eine trockene Atmosphäre bevorzugt, um eine Reaktion mit den Lasermaterialien zu verhindern, und um die Unversertheit der mit dem Arbeitslaser verbundenen Mikro-Schaltelektroniktechnik zu erhalten. Für eine weitergehende Diskussion diebezüglich siehe (Considerations in the Hermetic Packaging of Hybrid Microcircuits", Byrnes et al., Solid State Technology, 1984). Beispielsweise gibt eine Atmosphäre aus trockenem Stickstoff mit einem Heliumtracer eine hervorragende Laserbetriebsatmosphäre. Der Begriff "trocken", wie hier verwendet, bezeichnet generell ein gasförmiges Medium mit einem Wassergehalt von weniger als ungefähr 5000 ppm. Gegenüber Halbleiterlasern, deren Flächenleistung auf 50 mW oder darüber angestiegen ist, haben sich jedoch die üblicherweise akzeptierten Strategien für stabile Laser mit hohen Betriebszeiten als unzureichend erwiesen. Für einen Laser mit einer Flächengröße von ungefähr 2 um mal 1 mu und einem Leistungsausgang von 50 mW bedeutet dies eine durchschnittliche Flächenleistungsdichte in einer Höhe von 1 MW/cm². Bei Laserendflächen (Laser ends facets), die im wesentlichen die Lasernaushöhlung begrenzen, kann das Reflektionsvermögen verändert und sogar zerstört werden, wenn ein Hochleistungslaser in einer trockenen Helium/Stickstoffatmosphäre betrieben wird. Materialien die den Behälter kontaminieren können, schließen Flußmittel, Öle, Epoxide und Reinigungsmittel ein, die bei dem Herstellungsverfahren von Hochleistungshalbleiterlaservorrichtungen verwendet werden, wobei diese zu einer teilchenförmigen oder gasförmigen Kontamination beim Erreichen der Oberfläche der Flächenbeschichtungen führen und sich so in Form von Verunreinigungen darauf absetzen. Solche Niederschläge können die Flächenreflektion verändern, die übermittelte Leistung reduzieren und die Absorptionsfähigkeit an der Fläche erhöhen, was zu einer Flächenaufheizung führt und gegebenenfalls zu einem Ausfall des Lasers. Daher besteht der Bedarf nach neuen Strategien um solche Laseranwendungen zur Verfügung zu stellen, was zu einer hohen Leistungsfähigkeit, in Kombination mit der Garantie einer Stabilität und Langlebigkeit des Laser führen würde.
- In der JP-A-60186076 wird bereits offenbart, daß in Gegenwart von Sauerstoff in hermetisch geschlossenen Umhüllungen enthaltend InGaAsP/InP Laser, mit einer optischen Betriebsleistung von 3-5 mW, den Stromverlust reduziert.
- Die Erfindung ist in den Ansprüchen 1, 6 und 7 offenbart. Weitere verschiedene Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen offenbart.
- Die vorliegende Erfindung erfüllt die Anforderungen an einen stabilen, langlebigen, kontinuierlich arbeitenden Hochleistungs-Halbleiterlaser, wobei eine Atmosphäre zur Verfügung gestellt wird, die das Lasermaterial schützt. Die Bezeichnung "Hochleistungs-Halbleiterlaser" bezieht sich auf Halbleiterlaser mit einer Frontflächenleistung von wenigstens 50 mW. Da die Frontfläche des Laser sehr schmal ist, läßt sich äquivalent hierzu die Hochleistung definieren, als Frontflächenleistungsdichte in der Größenordnung von 1 MW/cm² oder darüber.
- In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform umfaßt der umhüllte Hochleistungs-Halbleiterlaser einen Laser mit einer aktiven Schicht InGaAs und wahlweise einen Getter, umhüllt mit einem hermetisch verschlossenen Behälter, der mit einem gasförmigen Medium gefüllt ist, enthaltend wenigstens 100 ppm Sauerstoff. Weiter vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Ansprüchen angegeben. Überraschenderweise verringert der Einschluß von Sauerstoff in dem gasförmiges Medium enthaltenen Behälter signifikant das Gefahrenpotential einer Schädigung der Laserflächen verursacht durch organische Verunreinigungen, die in dem Behälter zum Zeitpunkt der Versiegelung enthalten sind.
- Obwohl eine solche Atmosphäre die Lebensdauer eines Hochleistungs-Halbleiterlasers wesentlich verlängert, wird diese durch die kombinierte Verwendung einer Sauerstoff-enthaltenen Atmosphäre und einem Gettermaterial, das zur Adsorption oder Absortion organischer Materialien geeignet ist, noch zusätzlich gesteigert. Eine derartige Steigerung der Lebensdauer ist insbesondere für Hochleistungs-Halbleiterlaser wichtig, die in der Telekommunikation verwendet werden, weil dort eine Lebens- bzw. Abrbeitsdauer von zehn oder mehr Jahren erforderlich ist. Aufgabe des Sauerstoffs ist es im wesentlichen, Niederschläge auf der Laser-Flächenstruktur zu entfernen oder mit Verunreinigungen zu reagieren, bevor diese sich auf der Fläche der Struktur (facet structure) niederschlagen, um so die Bildung von Niederschlägen darauf und um eine Schädigung der Laser-Flächenstruktur zu verhindern. Angesichts des nachteiligen Effekts von Wasser auf Mikroschaltungen ist ein sehr geringer Wassergehalt, von weniger als 1000 ppm, bevorzugt.
- Die Verwendung von Materialien zur Bildung der Wände des Laserbehälters, wie Metallen, die einen geringen Wasserstoffgehalt aufweisen, haben den wichtigen Vorteil einer Minimierung der Wasserbildung innerhalb des Behälters, in Folge einer Reaktion des zwischen den Wänden freigesetzten Wasserstoffs und dem in dem Behälter, zur Regulierung des Verunreinigungsgrades, eingeschlossenem Sauerstoff. Ein bevorzugtes Verfahren zur Erreichung des gewünschten niedrigen Wasserstoffgehaltes beinhaltet die Wärmebehandlung des Behältermaterials bei erhöhter Temperatur, z.B. bei ungefähr 150ºC, über einen verlängerten Zeitraum, z.B. ungefähr 200 Stunden, vor dem Zusammenbauen des Behälters.
- Fig.1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Halbleiterlasers.
- Fig.1 & 2 zeigen Diagramme der rückseitigen Flächenleistung, gemessen über die Zeit eines umhüllten Halbleiterlasers in einer trockenen, inerten Umgebung im Vergleich zu einem Luft enthaltenen umhüllten Laser .
- Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht in Schnittperspektive einer in einem Behälter angeordneten Laservorrichtung.
- Fig.1 zeigt die Struktur eines Halbleiterlasers, die denen im Stand der Technik bekannten ähnlich ist. Die Front und Rückflächen, 10 und 12, in dieser Reihenfolge, des Laserkörpers 3 sind teilbare Oberflächen die im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Diese Flächen sind durch Passivierungsschichten 5, wobei diese Schichten aus Silikon sein können, geschützt. Die Passivierungsschichten dienen zum Schutz der Laserfläche hinsichtlich Kontamination und Erosion. Die Passivierungsschichten schützen die Laserfläche außerdem vor einer Oxidation. Der Frontflächenspiegel 9 weist eine Beschichtungsdicke von ungefähr einem Viertel der Laserwellenlänge auf. Der rückwärtige Flächenspiegel 7 umfaßt aufeinanderfolgende Schichten reflektierenden Materials, wobei die angrenzenden Schichten aus unterschiedlichen Materialien sind. Die Anzahl, Zusammensetzung und Dicke der den Spiegel 7 bildenden Schichten werden so gewählt, daß ein bestimmtes Verhältnis, bezüglich der Energieweiterleitung, zwischen der Front- und Rückfläche erhalten wird. Ein typisches Front/Rückflächen-Energieverhältnis ist ungefähr 40:1.
- Ein möglicher Mechanismus für eine Funktionsstörung eines Halbleiterlasers der in Fig. 1 gezeigten allgemeinen Art wird nachfolgend beschrieben.
- Die emittierende Fläche der Laserfläche liegt in der Größenordnung von 10 um² oder darunter. Folglich ist die Photonenanzahl, wenn der Energielevel erreicht oder überschritten wird, die die Einheitsfläche der Fläche (facet) queren (Photonenfluß), vergleichsweise groß. Die Wahrscheinlichkeit, daß ein Photon mit Spuren von Verunreinigungen, eingeschlossen in dem Laser, reagieren, steigt im Verhältnis zum Photonenfluß. Somit steigt die Wahrscheinlichkeit eines Photons, Molekülverunreinigungen auf oder nahe an der Spiegelfläche abzusondem. Alternativ kann der Photonenfluß die Labilität oder Volatilität von Molekülverunreinigungen auf oder nahe an der Spiegelfläche anregen, unter Steigerung der Reaktivität der Verunreinigungen, was möglicherweise zu einem Niederschlag auf der Spiegelfläche führt. Außerdem, da Hochleistungs-Halbleiterlaser üblicherweise kontinuierlich arbeiten, speziell bei Telekommunikationsanwendungen, eskaliert das Problem rasch sobald sich erst einmal Molekülverunreinigungen auf den Spiegelflächen abgesetzt haben, aufgrund lokaler Erwärmung als Ergebnis des kontinuierlich einfallenden Laserlichtes am Ort der Verunreinigung.
- Die Molekülverunreinigungen stammen von Rückständen wie Lötfluß, Epoxiden, oder Reinigungsmitteln, etc., Isopropylalkohol oder OPTICLEAR (Markenname für ein Reinigungsmittel für optische Materialien), die bei der Herstellung verwendet werden. Bei Epoxiden führt ausgedehntes Vernetzen des Materials zu einer Verringerung der Entstehung von Verunreinigungen, aber nicht zu einer Beseitigung. Beispiele für organische Chemikalien, die in diesen Materialien gefunden werden, sind Propan, Terpen und Abietinsäure. Die Wirkung dieser im Infrarotbereich liegenden Photonen auf Kohlenstoffketten besteht darin, daß Wasser eliminiert wird, Zurücklassung eines reaktiven Kohlenstoffkettenfrakments, das an ein Atom in dem Material binden kann, aus dem der Flächenspiegel besteht. Ein weiterer Mechanismus ist der, daß Photonen Wasserstoff von der Kohlenwasserstoffkette entfernen können unter Bildung eines reaktiven Kohlenstoffkettenfragments. Beispiele für Spiegelmaterialien sind Aluminium und Siliciumnitrid. Die Anwesenheit von freiem Sauerstoff in dem Laserbehälter kann die Spiegelfläche schützen, mittels Bindung der reaktiven Fragmente, bevor diese sich an die Spiegelfläche binden. Der Sauerstoff kann außerdem zum Quenschen angeregter Zustände von reaktiven Spezien dienen, wodurch die Spiegelflächen geschützt werden. Eine weitere alternative Möglichkeit ist es, daß die freien Sauerstoffmoleküle die "Spiegel- Atom"-"Kohlenstoff-Ketten-Fragment" Bindung brechen und so reaktive Fragmente von der Spiegelfläche lösen. Der Sauerstoff wirkt so als effektiver Getter gegenüber Molekühlverunreinigungen.
- Gemäß dem oben Beschriebenem hängt die Menge an Sauerstoff, die erforderlich ist um die Spiegelfläche oder Flächenstruktur zu schützen, ab von der Anzahl von Molekülverunreinigungen, sowie von der Anzahl anderer reaktiver Stellen in dem Behälter, die in der Lage sind Sauerstoff zu binden. Außerdem hängt die erforderliche Sauerstoffmenge von der Art der Molekülverunreinigungen ab. Folglich ist die genaue, erforderliche Menge Sauerstoff, die zu dem gasförmigen Medium, das den Behälter füllt, hinzugegeben werden muß, experimentell zu bestimmen. Aufgrund der bekannten nachteiligen Effekte von Sauerstoff, d.h. bei der Reaktion mit Wasserstoff wird Wasser gebildet, das die Intaktheit der mikroelektronischen Schalung interminiert, muß der bevorzugte Sauerstoffgehalt der dem gasförmigen Medium innerhalb des Behälters zugesetzt wird, genau so eingestellt werden, daß es gerade ausreicht, die Eigenschaften der Flächenstruktur konstant aufrecht zu erhalten. Das Absetzungsphänomen von niedergeschlagenen Verunreinigungen durch Photonen tritt am wahrscheinlichsten an der Hochleistungsfrontfläche auf (hoher Photonenfluß). In Abwesenheit von freiem Sauerstoff können die Photo-Reaktionsprodukte an die Flächenstruktur binden oder Niederschläge darauf bilden, wobei speziell die Frontspiegelfläche davon betroffen ist. Der Niederschlag kann die Reflektions- oder Absorptionseigenschaften der Spiegelfläche verändern. Eine erhöhte Absorption kann die Temperatur der Fläche auf die Schmelzpunkttemperatur der Flächenmaterialien erhöhen, wobei die Fläche zerstört wird. Außerdem kann ein Ansteigen der Temperatur an der Fläche dazu führen, daß eine Anschlußmigration in der Lasermaterialmasse auftritt, was zu einer Zerstörung des Lasers führt. Folglich bekommen Spuren von Verunreinigungen, die im wesentlichen bei niedrigeren Energiezuständen praktisch keine Rolle spielen, eine enorme Bedeutung in dem Maße wie der Energiezustand und der damit verbundene Photonenfluß ansteigt. Eine erfolgreiche Strategie zur Erhaltung einer maximalen Laserlebensdauer für Laser mit geringen Photonfluß kann sich ins Gegenteil kehren bei Lasern mit hohem Photonenfluß. Unter der Annahme, daß eine Photo-Reaktion stattfindet, wird angenommen, daß ein reaktives Gas, wie Sauerstoff, nahe an einer Fläche, die reaktiven Produkte der Photoreaktion bindet, wie oben beschrieben, und dadurch diese reaktiven Produkte an einem Niederschlag auf die Spiegelfläche hindert oder die bereits an die Spiegelfläche gebundenen reaktiven Produkte entfernt. Der Sauerstoff wird so zu einem Schutzelement in der Laseratmosphäre, gegensätzlich zu seiner im Stand der Technik bisher bekannten Funktion als ein potentieller Faktor der zur Verkürzung der Lebensdauer der Mikroelektronikschaltung beiträgt.
- Zu betonen ist, daß die Gültigkeit des oben beschriebenen Mechanismus nicht wesentlich für die vorliegende Erfindung ist, noch ist der vorgeschlagene Mechanismus erheblich für die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung. Es wurde nunmehr gefunden, wie anhand der nachfolgenden Beispiele erläutert, daß ein Standardverfahren, beispielweise MIL-STD-1772A, für Laserumhüllungen, daß das Reinigen von Innen des Behälters mit einer Substanz wie Isopropylalkohol, Füllen des Behälters mit trockenem, inerten Gas und hermetisches Verschließen des Laserbehälters einschließt, zu einer unzureichend kurzen Lebensdauer der Laserarbeitszeit führt, in der Größenordnung von einigen zehn Stunden, für Hochleistungslaser, d.h. Laser eine Frontflächenleistung von wenigstens 50 mW leisten.
- Laserumhüllungen, nach dem Standardverfahren, ausgenommen wenn trockene Luft in die abgeschlossene Laseratmosphäre eingeführt worden war, wiesen eine annehmbare Lebensdauer auf. Darüberhinaus wurde gefunden, daß bei bestimmten Laser die mit einer trocken Inertgasatmosphäre betrieben wurden, wobei deren Leistung beginnend war abzusinken, eine Leistungssteigerung beobachtet werden konnte, wenn dieser Atmosphäre Luft zugeführt wurde.
- Wie oben beschrieben, enthält die Atmosphäre, die zur Füllung der Laserumhüllung verwendet wird, vorzugsweise wenigstens 100 ppm Sauerstoff und weniger als ungefähr 1000 ppm Wasser. Im Handel erhältliche "rekonstituierte Luft" ist eine geeignete Quelle für die Atmosphäre. Beispielsweise läßt sich Luft mit der Herstellnummer 00,1, erhältlich bei Airco Gas Inc., Portland, Oregon, in der Umhüllung des erfindungsgemäßen Lasers verwenden. Wie seitens des Herstellers angegeben, weist das Produkt die nachfolgende Zusammensetzung auf: -20% O&sub2; (üblicher Wert); -80% N&sub2; (üblicher Wert); 0,2 ppm CO (üblicher Wert); < 0,1 ppm CO&sub2; (üblicher Wert); < 0,1 ppm NOx (üblicher Wert); und < 3 ppm H&sub2;O (garantierter Wert).
- Zusätzlich zur Umhüllung des Laser mit Sauerstoff ist es außerdem bevorzugt, einen adsorptionsfähigen oder absorptionsfähigen Getter innerhalb der Laserumhüllung einzuschließen. Verschiedene Gettermaterialien lassen sich für diese Zwecke verwenden. Das Material sollte folgende Eigenschaften aufweisen: 1) es sollte im wesentlichen Adsorptionsoder Absorptions-Kapazität für organische Verunreinigungen und vorzugsweise eine im wesentlichen spezifische Adsorptions- oder Absorptions-Kapazität aufweisen, so daß man lediglich eine begrenzte Menge des Materials zum Einschluß in den Laser benötigt; 2) seine Adsorptions- oder Absorptions-Kapazität sollte ausreichend sein, um den Laser und dessen Schaltung, über den Betriebstemperaturbereich des Einschlusses, zu schützen (z.B. von ungefähr -40ºC bis ungefähr 85ºC), so daß nennenswerte Menge adsorbierter oder absorbierter Verunreinigungen nicht freigesetzt werden, wenn die Temperatur des Getter während des Einsatzes sich ändert; 3) während des Transports, der Handhabung und Verwendung sollte es eine im wesentliche physikalische Integrität zeigen, d.h., das Material sollte nur minimale Mengen Staub oder Partikel freisetzen, die an den Spiegelflächen haften könnten; und 4) organische Verunreinigungen sollten sich von dem Material leicht entfernen lassen, bevor das Material in den Behälter eingebracht wird, d.h., das Material sollte vor der Verwendung reinigbar sein.
- Die Menge Getter, die für einen bestimmten Lasereinschluß verwendet wird, hängt zumindest teilweise von einer empirischen Bestimmung ab, basierend auf den spezifischen Eigenschaften des Gettermaterials, das für die Laserumhüllung ausgewählt wird, der nominalen Menge organischer Verunreinigungen innerhalb des Einschlusses zum Zeitpunkt des Versiegelns und dem Einschlußvolumen. Allgemein ausgedrückt solte für ein Gettermaterial mit einer hohen spezifischen Oberfläche, z.B. einer Oberfläche in der Größenordnung von 100 m²/g und einer verbundenen Porengrößenverteilung, die geeignet ist, ein erhebliches Volumen organischer Verbindungen anzureichern, ungefähr 0,1 g Getter je cm³ Einschluß verwendet werden. Vorzugsweise wird der Getter in Blockform verwendet, um seinen Einschluß in den Laser zu vereinfachen. Beispielsweise kann ein Block aus Gettermaterial an der Innenfläche der Umhüllung des Einschlusses angebracht werden. Allgemein sollte zur Befestigung kein organisches Material verwendet werden, beispielsweise Epoxide oder Klebstoffe, sondern es sollten mechanische Mittel verwendet werden. Beispielsweise lassen sich Draht, Klammern oder Schrauben zur Befestigung verwenden. In ähnlicher Weise läßt sich Lot zur Befestigung verwenden, wobei beispielsweise durchgehende Löcher in dem Block aus Gettermaterial gebildet werden, und der Getter an der Innenseitenfläche der Einschlußwandung angeordnet wird, wobei der Getter an die Wandung durch Schmelzgießen des Lots durch die durchgehenden Löcher angelötet wird. Andere Mittel zur Befestigung sind natürlich gleichermaßen geeignet.
- Beispiele für geeignete Gettermaterialien zur Verwendung gemäß der Erfindung schließen verschiedenartige Silikate, wie VYCOR gebranntes poröses Siliciumdioxid, erhältlich bei der Corning Incorporated (Corning, New York) unter der Produktnummer 7930, und verschiedenartige Zeolite, wie das Na-Al-Si Zeolit, erhältlich bei W.R. Grace & Company unter der Produktnummer 10A, ein. Außerdem lassen sich für die erfindungsgemäße Verwendung, falls erforderlich, auch Mischungen von Gettermaterialien einsetzen.
- Wie oben beschrieben, hat der Sauerstoff innerhalb der Umhüllung die wichtige Funktion der Minimierung der Laserzerstörung durch organische Verunreinigungen. Es gibt natürlich einen Nachteil bei der Verwendung von Sauerstoff, nämlich den, daß er mit Wasserstoff unter Bildung von Wasser innerhalb des Einschlusses reagiert. Das Wasser kann gegebenenfalls einen nachteiligen Einfluß auf die gesamte Funktionsweise der elektronischen Komponenten innerhalb des Einschlusses, einschließlich des Halbleiterlasers, haben beispielsweise durch Verursachung eines Kurzschlusses zwischen dem Leiter, der die Komponenten verbindet. Die Verwendung eines Gettermaterials, welches zusätzlich zu den organischen Verunreinigungen Wasser adsorbiert oder absorbiert, wie das oben beschriebene VYCOR Material, kann dazu dienlich sein, das Problem zu verringern. Gemäß der Erfindung, wird dem Wasserproblem auch noch dadurch Beachtung geschenkt, indem man die Menge an in dem Einschluß zur Verfügung stehenden Wasserstoffs für die Reaktion mit dem in der Sauerstoff-Atmosphäre enthaltenen Sauerstoff reduziert. Die Metalle, die zur Bildung der Wandungen des Behälters verwendet werden, stellen die Hauptquelle an Wasserstoff innerhalb des Einschlusses dar. Beispielsweise ist Kovar (Nickel/Cobalt Alloy) mit einem galvanischen Nickel und Gold Niederschlag, ein übliches Material zur Verwendung bei der Konstruktion elektronischer Einschlüsse. Während der Herstellung von Kovar steht dieses in Wasserstoff geglüht. In ähnlicher Weise wird Wasserstoff bei der Elektroplattierung generiert, der vom Metall absorbiert wird. Über die Zeit wird der Wasserstoff vom Metall wieder abgegeben und reagiert mit dem eingeschlossenen Sauerstoff unter Bildung von Wasser.
- Das Wasserstoffproblem tritt üblicherweise selbst nicht anfänglich auf, es macht sich aber mit der Alterung der Halbleiterlaservorrichtung nach dem versiegeln in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre bemerkbar.
- Die Erfindung entgegnet dem Wasserstoffproblem durch Vorbehandlung des zur Verwendung für die Herstellung des Behälters vorgesehenen Materials. Diesbezüglich werden die Materialien wärmebehandelt bei einer erhöhten Temperatur und über einen verlängerten Zeitraum, um die Menge an darin adsorbierten oder absorbierten Wasserstoff zu verringern. Beispielsweise wird im Falle von Kovar, welches mit Nickel und Gold elektroplattiniert ist, eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von ungefähr 150ºC über einen Zeitraum von ungefähr 200 Stunden durchgeführt. Eine weitere Wasserstoffverringerung läßt sich durch Erhöhung der Wärmebehandlungstemperatur auf ungefähr 350ºC erreichen; obwohl üblicherweise höhere Prozeßtemperaturen nicht erforderlich sind. Die für plattiertes Kovar verwendeten Temperaturen und Zeiten lassen sich außerdem auch auf andere im Stand der Technik bekannte Materialien zur Herstellung versiegelter Einschließungen übertragen.
- Ein 980 nm InGaAs Halbielterlaser wurde von der IBM Forschungsabteilung in Zürich, Schweiz, mit einer Struktur im wesentlichen wie die in Figur 1, erhalten. Die Laserspiegel wurden so konfiguriert, daß sie 90% der Gesamtleistung durch die Frontfläche und 10% der Leistung durch die rückwertige Fläche liefern. Der Laser wurde mit einem Steuerstrom von 195 mA, der eine Frontflächenleistung von 150 mW liefert, betrieben. Der Laser wurde in einem hermetisch versiegelten Behälter, gefüllt mit einer Mischung aus He/N in einem Verhältnis 1:9, eingeschlossen. Vor dem Versiegeln wurde der Behälter mit Isopropylalkohol und mit OPTICLEAR gereinigt. Der Wassergehalt der den Laser umgebenden Atmosphäre betrug < 1000 ppm.
- Es wurde eine Halbleiterphotodiode, empfindlich im Wellenlängenbereich von 980 nm Wellenlänge, zur kontinuierlichen Überwachung der Leistung der rückwärtigen Fläche über die Zeit, verwendet. In Folge des für den Laser gewählten Front/Rückflächenleistungsverhältnisses führt ein geringer Anstieg in der Frontspiegelreflektion, was lediglich zu einem geringen Abfall in der Frontflächenleistung führt, zu einem proportional größeren Anstieg in der Rückflächenleistung. Daher ist die Rückflächenüberwachung empfindlich gegenüber geringenanderungen in der Frontflächenreflektion.
- Die Figur 4 ist eine Schnittperspektive des Lasers 21 und der rückwärtig angeordneten Photodiode 23, befestigt an der Platform 25. Diese Anordnung ist innerhalb des Behälters 27 versiegelt.
- Gemäß Fig. 2, Zeile 13 wird der Rückflächenleistungsanstieg der Vorrichtung des Vergleichsbeispiels 1 mit He/N angegeben, der ungefähr über einen Testzeitraum von 45 Stunden beobachtet wurde. Der scharfe Abwärtstrend ist ein Hinweis auf einen Anstieg der Frontflächenreflektion, folglich also auf einen frühzeitigen Laserfehler.
- Die Fig. 2 gibt die für einen Laser gemessene Leistung der rückwärtigen Fläche an, die im wesentlichen der des Lasers des Vergleichsbeispiels 1 entspricht, wobei das zur Umhüllung verwendete Verfahren dem des Beispiels 1 entspricht, mit der Ausnahme das die trockene He/N - Mischung durch Luft ersetzt wurde. Nach 264 Stunden war die Leistungskurve der rückwärtigen Fläche normal, was ein Anzeichen für eine normale Lebenserwartung des Lasers ist.
- Ein 980 nm InGaAs Laser in einer trockenen inerten Atmosphäre wurde, wie in Beispiel 1 beschrieben, umhüllt. Der Laser wurde ebenfalls mit einem Steuerstrom von ungefähr 195 mA betrieben und die anfängliche Frontflächenleistung betrug 150 mW. Nach Figur 3, Zeile 15 wird ein geleichförmiger Anstieg der Rückflächenleistung gezeigt. Diese Werte kündigen ein frühzeitig auftretendes Laserversagen an. Dieser Test wurde nach ungefähr 100 Stunden, vor dem Versagen des Lasers, beendet.
- Der Laserbehälter gemäß Beispiel 3 wurde in Gegenwart von Umgebungsluft punktiert, wobei die hermetische Versiegelung des Behälters, um ein Eindringen von Umgebungsluft zu ermöglichen, zerstört wurde. Der Lasersteuerstrom wurde wieder angelegt und die Überwachung der Leistung der Rückfläche wieder aufgenommen. Gemäß der Zeile 17 nimmt die Leistung der Rückfläche auf einen Nennstand ab und setzt sich dann mit einem normalen alterungsbedingten Abfall fort. Der normale alterungsbedingte Abfall beinhaltet in 500 Stunden eine 5%ige Abnahme in der Leistung der Rückfläche. Das bedeutet das die Laserleistung der Rückfläche in 500 Betriebsstunden 5% abnimmt.
- Wiederholte Tests von Lasern in trockener Luft haben gezeigt, daß diese Atmosphäre gegenüber der Atmosphäre einer trockenen He/N Mischung überlegen ist.
- Es wird davon ausgegangen, daß Sauerstoffgehalte von weniger als 100 ppm ausreichen können, um die Integrität der Laserspiegelfläche aufrecht zu erhalten, da eine durchgehende Reinigung des Behälters die Verunreinigungen im Dampf auf einen sehr geringen Stand bringen kann. Allgemein lassen sich organische Verunreinigungen mittels Reinigung reduzieren. Umgekehrt sollte der Sauerstoffgehalt erhöht werden, wenn der Anteil an Verunreinigungen des Dampfes bzw. Gases relativ hoch ist, um mit den auftretenden Verunreinigungsmolekülen stöchiometrisch zu reagieren. Vorzugsweise ist die Sauerstoffkonzentration so gewählt, daß die Reaktion zur Bildung nicht-gefährlicher oxidierter Produkte aus den organischen Produkten thermodynamisch stark begünstigt ist. In diesem Fall ist die Menge an Sauerstoff größer als die stöchiometrische Menge.
- Dagegen wird es nicht angenommen, daß die anderen Gaselemente und Komponenten, die zusammen mit Sauerstoff Luft ausmachen, vorrangig der Erhaltung der Integrität der Flächenstruktur des Hochleistungslasers dienlich sind. Folglich kann eine Mischung aus Sauerstoff mit einer Anzahl herkömmlicher bekannter Gase als geeignetes gasförmiges Medium für einen Hochleistungs -Halbleiterlaser dienen. Zum Beispiel ergibt eine Mischung aus Argon, Helium oder Stickstoff und Sauerstoff eine geeignete Atmosphäre für den Laser.
- Nach Fig. 4 ist eine optische Wellenleiterverstärkerfaser an die Frontfläche des Lasers 21 gekoppelt und verläuft durch die Wand des Behälters 27. Solch eine Konfiguration ist typisch für einen Pumplaser der Energie an eine Verstärkerleiterfaser liefert.
- Ein 980 nm InGaAs Halbleiterlaser entsprechend dem in Beispiel 1 beschrieben Typ, zusammen mit anderen Komponenten zur Verwendung des Lasers zur Lieferung von Energie an eine Verstärkerleiterfaser, sind gemeinsam mit einem VYCOR Glasgetter (Produktnummer 7930) in einem Kovarbehälter mit geringem Wasserstoffgehalt verpackt, der mit einer Sauerstoff enthaltenen Atmosphäre, wie nachfolgend angegeben, gefüllt ist.
- Der Behälter für den Laser wird aus Kovar hergestellt, das mit Gold und Nickel in zwei Abschnitten plattiert ist - einen Gehäuseabschnitt zur Aufnahme des Lasers und anderer Komponenten und einer Abdeckung zur Halterung des VYCOR-Getters. Der Abschnitte werden in einem N&sub2; gespülten Ofen bei 150ºC für 200 Stunden wärmebehandelt. Das innere Volumen des Behälters beträgt ungefähr 5 cm³.
- Der VYCOR Getter wird bei 650ºC für wenigstens 0,5 Stunden, zur Aktivierung des Metalls und zwecks Entfernung früherer adsorbierter oder absorbierter organischer Stoffe, wärmebehandelt. Ein Abschnitt des Materials mit einem Gewicht von etwa 0,75 g wird an dem vorher wärmebehandelten Abdeckung, mittels der durchgehenden Löcher die in dem Getter wie oben beschrieben ausgebildet sind, angebracht.
- Der Halbleiterlaser und andere Komponenten sind in dem Gehäuseabschnitt des Behälters befestigt. Dieser Abschnitt zusammen mit dem Abdeckungsabschnitt, an dem der Getter angeordnet ist, werden dann für 12 Stunden bei 100ºC im Vakuum wärmebehandelt. Schließlich werden die beiden Abschnitte zusammen in einer Atmosphäre des 00,1 Luftproduktes, wie vorhergehend beschrieben, versiegelt. Die Versiegelung wird durch elektrowiderstandsfähiges Erhitzen und geringen Fluß (fluxless) durchgeführt.
- Es wurde ein Halbleiterlaser erhalten, der erfolgreich über einen verlängerten Zeitraum, d.h. für über 5000 Stunden, mit minimalem Wassergehalt in der Umhüllung, d.h. einer Waserkonzentration in der Umhüllungsatmosphäre von weniger als 5000 ppm am Ende der Testperiode. Der umhüllte Hochleistungs- Halbleiterlaser ist demnach zur Verwendung als Energielieferant an eine Versärkerleiterfaser in einem Telekommunikationssystem geeignet.
Claims (11)
1. Umhüllter Hochleistungs-Halbleiterlaser mit (A) einem
Halbleiterlaser (21) mit einer aktiven Schicht mit InGaAs
und einer optischen Betriebsleistung von zumindest 50
Milliwatt; und
(B) einen hermetisch verschlossenen Behälter (27), der
den Halbleiterlaser umschließt und der mit einem
gasformigen Medium mit einem Sauerstoffgehalt von
wenigstens 100 Teilen pro Million gefüllt ist.
2. Umhüllter Laser nach Anspruch 1, weiterhin enthaltend
einen Getter zum Absorbieren oder Adsorbieren organischer
Verunreinigungen, wobei der Getter im hermetisch
verschlossenen Behälter (27) angeordnet ist.
3. Umhüllter Laser nach Anspruch 2, wobei der Getter poröse
Silicamaterialien oder Zeolithe umfaßt.
4. Umhüllter Laser nach Anspruch 2 oder 3, wobei der
Behälter (27) eine Abdeckung aufweist und der Getter
durch die Abdeckung getragen wird oder mechanisch an die
Abdeckung angebracht ist.
5. Umhüllter Laser nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Laser eine Facettenstruktur (10,12) aufweist
und das gasförmige Medium Bestandteile umfaßt, die in
Bezug auf die Lasermaterialien relativ inert sind.
6. Verwendung des Hochleistungs-Halbleiterlasers nach einem
der vorhergehenden Ansprüche in einer Vorrichtung zum
Pumpen einer optischen Wellenleiterverstärkungsfaser.
7. Verfahren zur Umhüllen eines Hochleistungs-
Halbleiterlasers, gekennzeichnet durch:
(A) festes Anordnen eines Halbleiterlasers (21) mit
einer aktiven Schicht mit InGaAs in einem Behälter
(27), wobei der Laser eine optische Betriebsleistung
von wenigstens 50 Milliwatt aufweist;
(B) Einführen eines gasförmigen Mediums in den Behälter
(27), wobei das gasförmige Medium einen
Sauerstoffgehalt von zumindest 100 Teilen pro
Million aufweist und
(C) hermetisches Verschließen des Behälters (27).
8. Verfahren nach Anspruch 7, weiterhin gekennzeichnet
dadurch, daß der Behälter (27) einem
Wasserstoffreduktionsprozeß unterzogen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der
Wasserstoffreduktionsprozeß das Backen des Materials des
Behälters (27) bei einer erhöhten Temperatur, bevorzugt
bei etwa 150ºC für etwa 200 Stunden, umfaßt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7, 8 oder 9, wobei der
Wassergehalt des gasförmigen Mediums unter 5000 ppm und
bevorzugt bei 1000 ppm oder darunter liegt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, weiterhin
dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Behälters 27
vor dem Verschließen ein Getter zum Absorbieren oder
Adsorbieren organischer Moleküle angebracht wird.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/091,657 US5392305A (en) | 1993-07-14 | 1993-07-14 | Packaging of high power semiconductor lasers |
US08/168,125 US5513198A (en) | 1993-07-14 | 1993-12-17 | Packaging of high power semiconductor lasers |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE69409586D1 DE69409586D1 (de) | 1998-05-20 |
DE69409586T2 true DE69409586T2 (de) | 1998-10-15 |
Family
ID=26784203
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE69409586T Expired - Fee Related DE69409586T2 (de) | 1993-07-14 | 1994-07-14 | Verpacken von Hochleistungshalbleiterlasern |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (3) | US5513198A (de) |
EP (1) | EP0634822B1 (de) |
JP (1) | JP3452214B2 (de) |
KR (1) | KR100298149B1 (de) |
CN (1) | CN1063587C (de) |
AU (1) | AU672705B2 (de) |
CA (1) | CA2128068C (de) |
DE (1) | DE69409586T2 (de) |
TW (1) | TW291471B (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102022102087A1 (de) | 2022-01-28 | 2023-08-03 | OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Laserpackage und verfahren zur herstellung eines laserpackage |
Families Citing this family (66)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5513198A (en) * | 1993-07-14 | 1996-04-30 | Corning Incorporated | Packaging of high power semiconductor lasers |
BE1007779A3 (nl) * | 1993-11-25 | 1995-10-17 | Philips Electronics Nv | Opto-electronische halfgeleiderinrichting met een straling-emitterende halfgeleiderdiode en werkwijze van een dergelijke inrichting. |
US5696785A (en) * | 1994-10-11 | 1997-12-09 | Corning Incorporated | Impurity getters in laser enclosures |
CA2162095A1 (en) * | 1994-12-27 | 1996-06-28 | Jeffery Alan Demeritt | Getter housing for electronic packages |
US5898211A (en) * | 1996-04-30 | 1999-04-27 | Cutting Edge Optronics, Inc. | Laser diode package with heat sink |
JPH10178077A (ja) * | 1996-12-17 | 1998-06-30 | Nec Corp | 半導体基板の定量汚染試料の作製方法 |
SG72795A1 (en) * | 1997-03-21 | 2000-05-23 | Tokuyama Corp | Container for holding high-purity isopropyl alcohol |
EP1038312A1 (de) * | 1998-01-07 | 2000-09-27 | Fed Corporation | Verfahren und vorrichtung zum behausen integrierter anzeigen |
US5913108A (en) * | 1998-04-30 | 1999-06-15 | Cutting Edge Optronics, Inc. | Laser diode packaging |
US6008529A (en) * | 1998-06-25 | 1999-12-28 | Bily Wang | Laser diode package |
US6303986B1 (en) | 1998-07-29 | 2001-10-16 | Silicon Light Machines | Method of and apparatus for sealing an hermetic lid to a semiconductor die |
JP2000133736A (ja) | 1998-10-26 | 2000-05-12 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体レーザ素子の気密封止方法及び気密封止装置 |
US6123464A (en) * | 1999-02-10 | 2000-09-26 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Optical module package and method for manufacturing the same |
US6636538B1 (en) | 1999-03-29 | 2003-10-21 | Cutting Edge Optronics, Inc. | Laser diode packaging |
US6220767B1 (en) | 1999-05-14 | 2001-04-24 | Corning Incorporated | Semiconductor laser optical waveguide telecommunications module and method of making |
TWI233430B (en) * | 2000-01-28 | 2005-06-01 | Shinetsu Chemical Co | Method for manufacturing glass base material, glass base material, and optical fiber |
US6590283B1 (en) * | 2000-02-28 | 2003-07-08 | Agere Systems Inc. | Method for hermetic leadless device interconnect using a submount |
JP4629843B2 (ja) * | 2000-09-29 | 2011-02-09 | 古河電気工業株式会社 | 半導体レーザモジュール及びその製造方法並びにシステム |
US6387723B1 (en) * | 2001-01-19 | 2002-05-14 | Silicon Light Machines | Reduced surface charging in silicon-based devices |
US6700913B2 (en) | 2001-05-29 | 2004-03-02 | Northrop Grumman Corporation | Low cost high integrity diode laser array |
JP2003110180A (ja) * | 2001-07-25 | 2003-04-11 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体レーザモジュール並びに光測定方法及び光測定装置 |
US6930364B2 (en) * | 2001-09-13 | 2005-08-16 | Silicon Light Machines Corporation | Microelectronic mechanical system and methods |
JP2003163407A (ja) * | 2001-11-28 | 2003-06-06 | Fujitsu Ltd | 光半導体装置 |
US7110425B2 (en) * | 2002-04-03 | 2006-09-19 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Laser module and production process thereof |
US6767751B2 (en) * | 2002-05-28 | 2004-07-27 | Silicon Light Machines, Inc. | Integrated driver process flow |
US6829258B1 (en) | 2002-06-26 | 2004-12-07 | Silicon Light Machines, Inc. | Rapidly tunable external cavity laser |
US6813059B2 (en) | 2002-06-28 | 2004-11-02 | Silicon Light Machines, Inc. | Reduced formation of asperities in contact micro-structures |
US7160368B1 (en) | 2002-07-12 | 2007-01-09 | Em4, Inc. | System and method for gettering gas-phase contaminants within a sealed enclosure |
DE10241983A1 (de) * | 2002-09-11 | 2004-03-25 | Tui Laser Ag | Festkörperlasersystem mit Gehäuse sowie Verfahren zur Montage |
US6829077B1 (en) | 2003-02-28 | 2004-12-07 | Silicon Light Machines, Inc. | Diffractive light modulator with dynamically rotatable diffraction plane |
US6806997B1 (en) | 2003-02-28 | 2004-10-19 | Silicon Light Machines, Inc. | Patterned diffractive light modulator ribbon for PDL reduction |
TWI236196B (en) * | 2003-04-24 | 2005-07-11 | Sanyo Electric Co | Semiconductor laser device |
US7553355B2 (en) * | 2003-06-23 | 2009-06-30 | Matheson Tri-Gas | Methods and materials for the reduction and control of moisture and oxygen in OLED devices |
US20050044802A1 (en) * | 2003-08-27 | 2005-03-03 | Bellman Robert A. | Method and module for improving the lifetime of metal fluoride optical elements |
US7560820B2 (en) * | 2004-04-15 | 2009-07-14 | Saes Getters S.P.A. | Integrated getter for vacuum or inert gas packaged LEDs |
CN101132113A (zh) * | 2004-05-26 | 2008-02-27 | 夏普株式会社 | 氮化物半导体激光器件 |
JP2006013436A (ja) * | 2004-05-26 | 2006-01-12 | Sharp Corp | 窒化物半導体レーザ装置、その製造方法およびその組み立て装置 |
JP4030556B2 (ja) * | 2005-06-30 | 2008-01-09 | シャープ株式会社 | 窒化物半導体レーザ素子および窒化物半導体レーザ装置 |
CN100454694C (zh) * | 2005-08-02 | 2009-01-21 | 夏普株式会社 | 氮化物半导体发光器件 |
KR100694019B1 (ko) * | 2006-02-16 | 2007-03-12 | 주식회사 두산 | 유기 전계 발광소자용 패키징 재료 |
JP2007280975A (ja) * | 2006-03-13 | 2007-10-25 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ |
JP5030625B2 (ja) * | 2006-03-22 | 2012-09-19 | 三洋電機株式会社 | 半導体レーザ装置 |
US7656915B2 (en) | 2006-07-26 | 2010-02-02 | Northrop Grumman Space & Missions Systems Corp. | Microchannel cooler for high efficiency laser diode heat extraction |
JP4895791B2 (ja) | 2006-12-14 | 2012-03-14 | 株式会社リコー | 光学装置、半導体レーザモジュール、光走査装置及び画像形成装置 |
WO2010075254A2 (en) * | 2008-12-22 | 2010-07-01 | Ams Research Corporation | Laser resonator |
US8345720B2 (en) | 2009-07-28 | 2013-01-01 | Northrop Grumman Systems Corp. | Laser diode ceramic cooler having circuitry for control and feedback of laser diode performance |
US9498846B2 (en) | 2010-03-29 | 2016-11-22 | The Aerospace Corporation | Systems and methods for preventing or reducing contamination enhanced laser induced damage (C-LID) to optical components using gas phase additives |
US8672929B2 (en) | 2010-12-15 | 2014-03-18 | Ams Research Corporation | Laser probe tip |
US9590388B2 (en) | 2011-01-11 | 2017-03-07 | Northrop Grumman Systems Corp. | Microchannel cooler for a single laser diode emitter based system |
US8660164B2 (en) | 2011-03-24 | 2014-02-25 | Axsun Technologies, Inc. | Method and system for avoiding package induced failure in swept semiconductor source |
US8937976B2 (en) | 2012-08-15 | 2015-01-20 | Northrop Grumman Systems Corp. | Tunable system for generating an optical pulse based on a double-pass semiconductor optical amplifier |
US9323051B2 (en) | 2013-03-13 | 2016-04-26 | The Aerospace Corporation | Systems and methods for inhibiting contamination enhanced laser induced damage (CELID) based on fluorinated self-assembled monolayers disposed on optics |
US9625671B2 (en) | 2013-10-23 | 2017-04-18 | Lasermax, Inc. | Laser module and system |
US9859680B2 (en) | 2013-12-17 | 2018-01-02 | Lasermax, Inc. | Shock resistant laser module |
KR101549406B1 (ko) * | 2014-04-04 | 2015-09-03 | 코닝정밀소재 주식회사 | 발광 다이오드의 색변환용 기판 및 그 제조방법 |
JP6624899B2 (ja) * | 2015-11-18 | 2019-12-25 | 住友電気工業株式会社 | 光モジュール及び光モジュールの製造方法 |
ITUB20160888A1 (it) * | 2016-02-19 | 2017-08-19 | Getters Spa | Sistema led |
US11079227B2 (en) | 2019-04-01 | 2021-08-03 | Honeywell International Inc. | Accelerometer system enclosing gas |
US11119116B2 (en) | 2019-04-01 | 2021-09-14 | Honeywell International Inc. | Accelerometer for determining an acceleration based on modulated optical signals |
US10705112B1 (en) | 2019-04-22 | 2020-07-07 | Honeywell International Inc. | Noise rejection for optomechanical devices |
US10956768B2 (en) | 2019-04-22 | 2021-03-23 | Honeywell International Inc. | Feedback cooling and detection for optomechanical devices |
US11119114B2 (en) | 2019-07-17 | 2021-09-14 | Honeywell International Inc. | Anchor structure for securing optomechanical structure |
US11408911B2 (en) | 2019-07-17 | 2022-08-09 | Honeywell International Inc. | Optomechanical structure with corrugated edge |
US11372019B2 (en) | 2019-08-13 | 2022-06-28 | Honeywell International Inc. | Optomechanical resonator stabilization for optomechanical devices |
US11408912B2 (en) | 2019-08-13 | 2022-08-09 | Honeywell International Inc. | Feedthrough rejection for optomechanical devices |
US11150264B2 (en) | 2019-08-13 | 2021-10-19 | Honeywell International Inc. | Feedthrough rejection for optomechanical devices using elements |
Family Cites Families (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3576474A (en) * | 1968-02-23 | 1971-04-27 | Gen Motors Corp | Passivated power rectifier |
US3810044A (en) * | 1973-02-22 | 1974-05-07 | Hughes Aircraft Co | Methods for protecting laser optical elements from surface damage |
US4352119A (en) * | 1979-09-17 | 1982-09-28 | Beckman Instruments, Inc. | Electrical device and method for particle entrapment device for an electrical component |
JPS5661761A (en) * | 1979-10-24 | 1981-05-27 | Toshiba Corp | Metal-vapor electric-discharge lamp |
JPS5941620A (ja) * | 1982-08-31 | 1984-03-07 | Mazda Motor Corp | ディ−ゼルエンジンの排気ガス浄化装置 |
FR2538618B1 (fr) * | 1982-12-28 | 1986-03-07 | Inf Milit Spatiale Aeronaut | Boitier pour composant electronique comportant un element fixant l'humidite |
US4656638A (en) * | 1983-02-14 | 1987-04-07 | Xerox Corporation | Passivation for surfaces and interfaces of semiconductor laser facets or the like |
US4563368A (en) * | 1983-02-14 | 1986-01-07 | Xerox Corporation | Passivation for surfaces and interfaces of semiconductor laser facets or the like |
NL8300631A (nl) * | 1983-02-21 | 1984-09-17 | Philips Nv | Inrichting voor het opwekken van coherente straling. |
JPS59208860A (ja) * | 1983-05-13 | 1984-11-27 | Hitachi Micro Comput Eng Ltd | 半導体装置 |
JPS60186076A (ja) * | 1984-03-05 | 1985-09-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体発光装置 |
US4631267A (en) * | 1985-03-18 | 1986-12-23 | Corning Glass Works | Method of producing high-strength high surface area catalyst supports |
JPS62212220A (ja) * | 1986-03-13 | 1987-09-18 | Toyo Soda Mfg Co Ltd | ゼオライト成型体の製造方法 |
JPS62297211A (ja) * | 1986-06-13 | 1987-12-24 | Kanebo Ltd | ゼオライト多孔体及びその製造法 |
US4769345A (en) * | 1987-03-12 | 1988-09-06 | Olin Corporation | Process for producing a hermetically sealed package for an electrical component containing a low amount of oxygen and water vapor |
GB8807385D0 (en) * | 1988-03-29 | 1988-05-05 | British Telecomm | Semiconductor device assembly |
US4980137A (en) * | 1989-04-03 | 1990-12-25 | Sanitech, Inc. | Process for NOx and CO control |
US5144634A (en) * | 1989-09-07 | 1992-09-01 | International Business Machines Corporation | Method for mirror passivation of semiconductor laser diodes |
JPH0484480A (ja) * | 1990-07-27 | 1992-03-17 | Nec Corp | チップキャリア型複合光素子 |
JP2820557B2 (ja) * | 1991-08-01 | 1998-11-05 | 富士通株式会社 | 伝送ネットワーク集中監視システム |
JPH05343812A (ja) * | 1992-06-12 | 1993-12-24 | Kubota Corp | 半導体装置 |
US5392305A (en) * | 1993-07-14 | 1995-02-21 | Corning Incorporated | Packaging of high power semiconductor lasers |
US5513198A (en) * | 1993-07-14 | 1996-04-30 | Corning Incorporated | Packaging of high power semiconductor lasers |
-
1993
- 1993-12-17 US US08/168,125 patent/US5513198A/en not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-07-14 CA CA002128068A patent/CA2128068C/en not_active Expired - Fee Related
- 1994-07-14 AU AU67440/94A patent/AU672705B2/en not_active Ceased
- 1994-07-14 EP EP94305179A patent/EP0634822B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1994-07-14 JP JP18413694A patent/JP3452214B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1994-07-14 KR KR1019940016986A patent/KR100298149B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1994-07-14 DE DE69409586T patent/DE69409586T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1994-07-14 CN CN94108432A patent/CN1063587C/zh not_active Expired - Fee Related
- 1994-07-27 TW TW083106975A patent/TW291471B/zh active
-
1995
- 1995-06-07 US US08/481,008 patent/US5629952A/en not_active Expired - Lifetime
-
1997
- 1997-04-07 US US08/833,548 patent/US5770473A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102022102087A1 (de) | 2022-01-28 | 2023-08-03 | OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Laserpackage und verfahren zur herstellung eines laserpackage |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5629952A (en) | 1997-05-13 |
TW291471B (de) | 1996-11-21 |
KR960016028A (ko) | 1996-05-22 |
JP3452214B2 (ja) | 2003-09-29 |
KR100298149B1 (ko) | 2001-10-24 |
US5513198A (en) | 1996-04-30 |
CN1103373A (zh) | 1995-06-07 |
CA2128068A1 (en) | 1995-01-15 |
US5770473A (en) | 1998-06-23 |
CA2128068C (en) | 1998-12-15 |
DE69409586D1 (de) | 1998-05-20 |
AU672705B2 (en) | 1996-10-10 |
CN1063587C (zh) | 2001-03-21 |
AU6744094A (en) | 1995-01-27 |
JPH07147457A (ja) | 1995-06-06 |
EP0634822B1 (de) | 1998-04-15 |
EP0634822A1 (de) | 1995-01-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69409586T2 (de) | Verpacken von Hochleistungshalbleiterlasern | |
DE69520091T2 (de) | Gettergehäuse für eine optoelektronische Packung | |
DE69408518T2 (de) | Lichtemittierende Diode in einem hermetisch verschlossenen Behälter | |
DE69709042T2 (de) | Halbleiterbauelemente mit Beschichtung aus Tantalum-Aluminiumoxid | |
US5392305A (en) | Packaging of high power semiconductor lasers | |
DE69911091T3 (de) | Entladungslampe und Verfahren zu deren Herstellung | |
Friebele et al. | Drawing‐induced defect centers in a fused silica core fiber | |
DE60200438T2 (de) | Wasserstoff-Getterstruktur mit silberdotierter Palladiumschicht zur Erhöhung des Wasserstoff-Getterns eines Halbleitermoduls, Halbleitermodul mit einer solchen Zusammensetzung und Herstellungsverfahren | |
DE19709861A1 (de) | Einrichtung zur Ablation von Material mit Hilfe von Laserstrahlung | |
DE60123576T2 (de) | Halbleiterlaserherstellungsverfahren | |
WO2003000456A2 (de) | Verfahren zum lokalen laserinduzierten ätzen von feststoffen | |
EP3660987B1 (de) | Laservorrichtung | |
DE2456180A1 (de) | Einkristall und dessen verwendung | |
DE1900605A1 (de) | Gettermaterial bzw.Getterungseinrichtung | |
EP0222400B1 (de) | Verfahren zum Schutz von polierten Siliciumoberflächen | |
DE3617362A1 (de) | Verbundmaterialien fuer die lasertechnik und optik | |
US11814326B2 (en) | Doped materials/alloys and hot isostatic pressing method of making same | |
Ogura et al. | A localized defect in InP with strong temperature dependence of capture cross-section | |
DE2434190C3 (de) | Herstellung feuchtigkeitsbeständiger umhüllter Lichtbogen-Schweißelektroden | |
DE2951723C2 (de) | Metalldampflaser mit Gaszusätzen zur Verbesserung der Emissionseigenschaften | |
Limberger et al. | Mechanical reliability of UV irradiated fibers: application to Bragg grating fabrication | |
DE202022103533U1 (de) | Ein System zur Herstellung von optischen Dünnschichten | |
WO2023151842A1 (de) | Halbleiterlaser mit strahlungsführungselement | |
EP3953099A1 (de) | Verfahren zur terminierung optischer strahlung sowie dafür ausgebildete optische strahlfalle | |
DE2409940C3 (de) | Verfahren für einen photochemischen Jodlaser und Jodlaser zur Durchführung dieses Verfahrens |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |