WO1998015015A1 - Photodetecting chip and its use - Google Patents

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WO1998015015A1
WO1998015015A1 PCT/DE1997/002249 DE9702249W WO9815015A1 WO 1998015015 A1 WO1998015015 A1 WO 1998015015A1 DE 9702249 W DE9702249 W DE 9702249W WO 9815015 A1 WO9815015 A1 WO 9815015A1
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radiation
substrate
detected
main surface
chip according
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PCT/DE1997/002249
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Inventor
Hans-Ludwig Althaus
Wolfgang Gramann
Wolfgang Reill
Werner Späth
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/40—Transceivers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4246—Bidirectionally operating package structures

Definitions

  • the invention relates to a photodetector chip, in particular to a monitor diode chip for a semiconductor laser module with a laser diode emitting essentially parallel to an assembly plane of a common carrier part, in which a photosensitive semiconductor structure is arranged on a first main surface of a substrate, the material of the substrate for a radiation to be detected is at least partially transparent and has a larger refractive index than the surrounding medium and a coupling of a radiation to be detected is provided through the substrate.
  • a photodiode sensitive to the laser radiation from the laser diode is often arranged on the rear of the laser diode. This detects radiation emitted by the rear resonator mirror of the laser diode.
  • Such an arrangement is known for example from EP 660 467 AI.
  • This describes an optoelectronic component in which a monitor diode chip with a transparent substrate is attached to a carrier part in such a way that part of the back of the substrate protrudes beyond a reflection surface of the carrier part. Radiation emitted by a laser diode is deflected by 90 ° from the reflection surface and coupled into the chip through the back of the substrate.
  • the object of the present invention is to provide a photodetector chip of the type mentioned at the outset, which enables simplified assembly, in particular in one plane with further components.
  • a photodetector chip is to be developed which permits rational leadframe (leadframe) mounting technology for the laser diode and monitor diode.
  • the coupling of the radiation to be detected is provided through a first end face of the substrate and that the substrate has a radiation deflecting surface which is oblique to the first main face of the substrate and at least part of it Detecting radiation is deflected towards the photosensitive semiconductor structure.
  • the photosensitive semiconductor structure preferably a planar PIN structure, and the radiation deflecting surface, preferably a z. B. bevel produced by sawing, milling or etching on the substrate are at an acute angle (preferably 45 °) to each other.
  • the substrate preferably consists of a III-V semiconductor material which is transparent to the radiation to be detected (e.g. GaP for radiation with Wavelengths ⁇ > 550 nm and GaAs for wavelengths ⁇ > 900 nm etc.) and the chamfer is preferably a flat end face of the substrate.
  • a second main surface of the substrate opposite the first main surface is used as a mounting surface for mounting on a mounting level of a carrier part, e.g. B. a lead frame or a submount provided.
  • the beam axis of the radiation to be detected runs essentially parallel to the mounting plane in such an assembly outside the substrate and is deflected by the radiation deflecting surface toward the photosensitive semiconductor structure.
  • the first end face of the substrate in the radiation direction of the radiation to be detected is preferably followed by a second end face of the substrate designed as a reflection surface, which deflects at least a portion of the radiation to be detected by means of reflection toward the photosensitive semiconductor structure.
  • the substrate is preferably perpendicular to a first beam axis of the incident radiation to be detected and the second end face of the substrate is inclined to the first beam axis in such a way that a second beam axis of the reflected radiation runs through the photosensitive semiconductor structure.
  • the first end face is at the same time the radiation deflecting surface. It is so inclined to the first beam axis of the incident radiation to be detected that at least part of the radiation to be detected is refracted toward the photosensitive semiconductor structure when it enters the substrate.
  • a second beam axis of the refracted radiation advantageously runs through the photosensitive semiconductor structure.
  • the photodetector according to the invention ⁇ chip is particularly preferably used as a monitor chip in a laser diode module with a kan ⁇ tenemittierenden laser diode chip, wherein the monitor chip is arranged in front of or behind the laser diode chip with this on a common mounting plane of a support plate or a lead frame, such that a part of the is coupled into the photodetector chip by the laser diode chip through the front side or through the rear side, through the first side surface of the substrate.
  • Figure 1 is a schematic representation of a vertical section through a first embodiment
  • Figure 2 is a schematic representation of a vertical section through a second embodiment
  • Figure 3 is a schematic representation of a vertical
  • Figure 4 is a schematic representation of a vertical section through a laser module with a photodetector chip according to the second embodiment
  • Figure 5 is a schematic representation of a vertical section through a further laser module with a photodetector chip according to the first embodiment.
  • the exemplary embodiment in FIG. 1 is a photodiode with a PIN structure.
  • a photosensitive semiconductor layer structure 1 is arranged net. This consists, for example, of a first 13 and a second 15 n-doped InP epitaxial layer, an n-doped InGaAs epitaxial layer 14 arranged between these two layers 13, 15 and a second n-doped InP epitaxial layer 15 penetrating into the n -doped InGaAs epitaxial layer 14 reaching p-doped region 16.
  • TiPtAu contact metallization 17 on the p-doped region 16, which is delimited at the edge by a SiN x layer 18 and together with this covers the entire p-doped region 16.
  • the substrate 3 is provided with an AuGe or TiPt contact metallization 19 on the second main surface 6 opposite the first main surface 2.
  • a first end face 10 of the substrate 3 is beveled with respect to the first main face 2 and forms an angle of approximately 45 ° therewith. This beveled first end face 10 simultaneously forms the radiation coupling area and the radiation deflecting area 5 of the photodiode chip.
  • the photodiode is shown by way of example in FIG. men with an edge emitting laser diode 22 on an assembly level 7 of a common carrier 8 attached.
  • the radiation coupling-in area is preferably, for reducing the reflection losses.
  • the exemplary embodiment of FIG. 2 differs from that of FIG. 1 essentially in that it is not the radiation coupling surface, in this case the first end surface 10, but the second end surface 9 of the substrate 3 opposite it that is beveled with respect to the first main surface 2 and as Reflective surface 12 is formed.
  • the second end face 9, which, for example, forms an angle of approximately 45 ° with the first main face 2 of the substrate 3 and, for example, is polished to improve the reflection properties or is provided with a reflection-enhancing layer (e.g. Al), thus forms a through-hole Radiation coupling surface 10, radiation 4 to be detected incident on the substrate 3, the beam axis 11 of which runs essentially parallel to the first main surface 2 of the substrate 3, a radiation deflecting surface 5. This reflects the radiation 4 to be detected onto the photosensitive structure 1.
  • a reflection-enhancing layer e.g. Al
  • the beam path of the radiation 4 to be detected which in turn can originate, for example, from an edge-emitting laser 22, an optical waveguide, an optical waveguide or a waveguide structure etc., is again indicated in FIG. 2 by dashed lines.
  • a common carrier plate 8 between a carrier part 30 with a mirror layer 31 and a photodiode 32 according to the exemplary embodiment in FIG. centering laser diode chip 22 arranged.
  • the mirror surface 31 is at an angle of approximately 45 ° to the mounting plane and faces the front of the laser diode chip.
  • a lens chip 33 is arranged on the carrier part 30 such that the lens 34 comes to lie perpendicularly above the mirror surface.
  • a laser beam emitted by the laser diode chip 22 through its front resonator mirror parallel to the mounting plane 7 is deflected from the mirror surface by 90 ° to the lens 34.
  • a laser radiation emitted by the laser diode chip 22 through its rear resonator mirror with a beam axis lying parallel to the mounting plane 7 is received by the photodiode 32, which is used here as a monitor diode.
  • the beam path outside and inside the photodiode 32 corresponds to that shown in FIG. 1.
  • a photodiode according to the embodiment of FIG. 2 can alternatively be used.
  • Radiation focusing means 48 are designed for focusing radiation, in this case a spherical converging lens.
  • a prism cube 44 is attached to the bottom surface 49 of the recess 41.
  • the prism cube 44 consists of two joined optical prisms 45, 46, between which a beam splitter layer 50 is arranged.
  • the beam splitter layer 50 lies on a diagonal plane of the prismatic egg 44.
  • a receiving component 43 e.g. B. a photodiode attached.
  • the receiving component beam entry surface of the receiving component 43 faces the second side surface 56.
  • the prism cube 44 is arranged in such a way that the beam splitter layer 50 lies in a plane which is arranged between the transmitting component 22 and the receiving component 43 and which forms an angle of 45 ° with the first main surface 40 of the carrier part 8.
  • a photodiode 32 On the side of the prism cube 44 opposite the transmission component 22, a photodiode 32 according to the embodiment of FIG. 2 is attached. This is used as a monitor diode and essentially serves to check the wavelength of the radiation emitted by the transmission component 22.
  • the beam splitter layer 50 is formed in such a way that it transmits part of the emitted radiation, which is then received by the photodiode 32.
  • a side surface of the monitor diode opposite the monitor diode beam entry surface is chamfered in such a way that it reflects at least part of the radiation penetrating into the monitor diode towards a radiation-detecting pn junction of the monitor diode. It forms an angle with a side surface of the monitor diode that is closest to the pn junction, which angle is less than 90 °. In addition, it can be provided with a reflection-enhancing layer.
  • the transmission component 22, the reception component 43, the prism cube 44, and the radiation focusing means 48 are Art designed and arranged to each other that in operation of the optotelectronic module at least a part of a radiation emitted by the transmission component 22 after passing through the radiation focusing means 48 in a, in the direction of propagation of the emitted radiation considered, the
  • Radiation focusing means 48 is coupled downstream optical device 49 and that at least a portion of a received radiation decoupled from the optical device 49 is coupled into the receiving component 43 after passing through the radiation focusing means 48 and through the prism cube 44.
  • the optical device 49 is, for example, as indicated in FIG. 4, an optical waveguide, a lens arrangement or another optoelectronic module, etc.
  • a photodiode according to the embodiment of FIG. 1 can alternatively be used.
  • the laser module of FIG. 5 differs from that of FIG. 4 essentially in that here the photodiode 32 used as a monitor diode is arranged on the rear side of the transmission component 22 and receives radiation emitted by the transmission component 22 through the rear side.
  • a photodiode according to FIG. 1 or one according to FIG. 2 can also be used here.
  • the photodetector chip according to the invention can be used wherever a lateral coupling of the radiation to be detected into the chip is advantageous. Examples of this are light barriers with lateral light radiation, laser diodes with monitor diode on leadframe, planar fiber optic technologies, planar fiber optic technologies (PLC technology) etc.

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Abstract

The invention concerns a photodetecting chip, with a photosensitive semiconductor structure (1) on a first main surface(2) of a substrate (3). The material of the substrate (3) is at least semitransparent so that it can detect a beam. The coupling of the beam to be detected (4) is carried through a first front face (10) of the substrate. The substrate (3) has a beam deflecting surface (5) lying inclined with respect to the first main surface (2) of the substrate (3) and deflecting the beam to be detected (4) to the photosensitive semiconductor structure (1).

Description

Beschreibungdescription
Photodetektorchip und dessen VerwendungPhotodetector chip and its use
Die Erfindung bezieht sich auf einen Photodetektorchip, insbesondere auf einen Monitordiodenchip für ein Halbleiter- Lasermodul mit einer im Wesentlichen parallel zu einer Montageebene eines gemeinsamen Trägerteiles abstrahlenden Laserdiode, bei dem eine photoempfindliche Halbleiterstruktur auf einer ersten Hauptfläche eines Substrats angeordnet ist, das Material des Substrats für eine zu detektierende Strahlung zumindest teiltransparent ist und einen größeren Brechnungs- index aufweist als das umgebende Medium und eine Einkopplung einer zu detektierenden Strahlung durch das Substrat hindurch vorgesehen ist.The invention relates to a photodetector chip, in particular to a monitor diode chip for a semiconductor laser module with a laser diode emitting essentially parallel to an assembly plane of a common carrier part, in which a photosensitive semiconductor structure is arranged on a first main surface of a substrate, the material of the substrate for a radiation to be detected is at least partially transparent and has a larger refractive index than the surrounding medium and a coupling of a radiation to be detected is provided through the substrate.
Um beispielsweise die Lichtemission einer beidseitig parallel zur Montageebene abstrahlenden Laserdiode zu überwachen und zu regeln, wird oftmals an der Rückseite der Laserdiode eine für die Laserstrahlung der Laserdiode empfindliche Photodiode angeordnet. Diese detektiert eine durch den rückseitigen Resonatorspiegel der Laserdiode emittierte Strahlung.For example, in order to monitor and regulate the light emission of a laser diode emitting parallel to the mounting plane on both sides, a photodiode sensitive to the laser radiation from the laser diode is often arranged on the rear of the laser diode. This detects radiation emitted by the rear resonator mirror of the laser diode.
Eine derartige Anordnung ist beispielsweise aus der EP 660 467 AI bekannt. Hierin ist ein optoelektronisches Bauelement beschrieben, bei dem ein Monitordiodenchip mit einem transparenten Substrat derart auf einem Trägerteil befestigt ist, dass ein Teil der Substratrückseite über eine Reflexionsfläche des Trägerteiles übersteht. Eine von einer Laserdiode ausgesandte Strahlung wird von der Reflexionsfläche um 90° umgelenkt und durch die Substratrückseite hindurch in den Chip eingekoppelt.Such an arrangement is known for example from EP 660 467 AI. This describes an optoelectronic component in which a monitor diode chip with a transparent substrate is attached to a carrier part in such a way that part of the back of the substrate protrudes beyond a reflection surface of the carrier part. Radiation emitted by a laser diode is deflected by 90 ° from the reflection surface and coupled into the chip through the back of the substrate.
Diese und andere bekannte Vorschläge zur Realisierung von La- sermodulen mit Monitordiode haben den Nachteil, dass der Monitordiodenchip und der Laserdiodenchip unterschiedliche Montageebenen und unterschiedliche Bondebenen aufweisen. Insbe- sondere hinsichtlich der Kontaktierung der Chips und der Leitungsführung zu den Chips erfordert dies einen erheblichen technischen Montageaufwand. Bei dem oben beschriebenen bekannten Vorschlag ruft aber auch die auskragende Montage des Monitordiodenchips auf dem Trägerteil erheblichen technischen Aufwand hervor.These and other known proposals for realizing laser modules with a monitor diode have the disadvantage that the monitor diode chip and the laser diode chip have different mounting levels and different bonding levels. In particular especially with regard to the contacting of the chips and the wiring to the chips, this requires a considerable amount of technical assembly work. In the known proposal described above, however, the cantilever mounting of the monitor diode chip on the carrier part also causes considerable technical effort.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Photodetektorchip der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, der eine vereinfachte Montage, insbesondere in einer Ebene mit weiteren Bauelementen ermöglicht. Es soll insbesondere ein Photodetektorchip entwickelt werden, der eine rationelle Leadframe (Anschlußrahmen) -Montagetechnik für Laserdiode und Monitordiode zuläßt .The object of the present invention is to provide a photodetector chip of the type mentioned at the outset, which enables simplified assembly, in particular in one plane with further components. In particular, a photodetector chip is to be developed which permits rational leadframe (leadframe) mounting technology for the laser diode and monitor diode.
Diese Aufgabe wird durch einen Photodetektorchip mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 8. Eine bevorzugte Verwendung des Photodetek- torchips ist Gegenstand des Anspruches 9.This object is achieved by a photodetector chip with the features of patent claim 1. Advantageous further developments and embodiments are the subject of subclaims 2 to 8. A preferred use of the photodetector chip is the subject of claim 9.
Erfindungsgemäß ist bei dem Photodetektorchip der eingangs genannten Art vorgesehen, dass die Einkopplung der zu detektierenden Strahlung durch eine erste Stirnfläche des Substrats hindurch vorgesehen ist und dass das Substrat eine Strahlungsumlenkfi che aufweist, die schräg zur ersten Hauptfläche des Substrats liegt und wenigstens einen Teil der zu detektierenden Strahlung zur photoempfindlichen Halblei- terstruktur hin umlenkt .According to the invention, in the case of the photodetector chip of the type mentioned at the outset, the coupling of the radiation to be detected is provided through a first end face of the substrate and that the substrate has a radiation deflecting surface which is oblique to the first main face of the substrate and at least part of it Detecting radiation is deflected towards the photosensitive semiconductor structure.
Die photoempfindliche Halbleiterstruktur, bevorzugt eine planare PIN-Struktur, und die Strahlungsumlenkfiache, bevorzugt eine z. B. mittels Sägen, Fräsen oder Ätzen hergestellte Fase am Substrat, stehen in einem spitzen Winkel (vorzugsweise 45°) zueinander. Das Substrat besteht vorzugsweise aus einem für die zu detektierende Strahlung durchlässigen III-V-Halbleitermaterial (z. B. GaP für Strahlung mit Wellenlängen λ > 550 nm und GaAs für Wellenlängen λ > 900 nm usw.) und die Fase ist vorzugsweise eine ebene Stirnfläche des Substrats.The photosensitive semiconductor structure, preferably a planar PIN structure, and the radiation deflecting surface, preferably a z. B. bevel produced by sawing, milling or etching on the substrate are at an acute angle (preferably 45 °) to each other. The substrate preferably consists of a III-V semiconductor material which is transparent to the radiation to be detected (e.g. GaP for radiation with Wavelengths λ> 550 nm and GaAs for wavelengths λ> 900 nm etc.) and the chamfer is preferably a flat end face of the substrate.
Vorteilhafterweise ist eine der ersten Hauptfläche gegenüberliegende zweite Hauptfläche des Substrats als Montagefläche zur Montage auf einer Montageebene eines Trägerteiles, z. B. eines Leadframes oder eines Submounts, vorgesehen. Die Strahlachse der zu detektierenden Strahlung verläuft bei ei- ner derartigen Montage außerhalb des Substrats im Wesentlichen parallel zur Montageebene und wird durch die Strahlungsumlenkfiache zur photoempfindlichen Halbleiterstruktur hin abgelenkt .Advantageously, a second main surface of the substrate opposite the first main surface is used as a mounting surface for mounting on a mounting level of a carrier part, e.g. B. a lead frame or a submount provided. The beam axis of the radiation to be detected runs essentially parallel to the mounting plane in such an assembly outside the substrate and is deflected by the radiation deflecting surface toward the photosensitive semiconductor structure.
Bevorzugt ist der ersten Stirnfläche des Substrats in Strahlungsrichtung der zu detektierenden Strahlung eine als Reflexionsfläche ausgebildete zweite Stirnfläche des Substrats nachgeordnet ist, die zumindest einen Teil der zu detektierenden Strahlung mittels Reflexion zur photoempfindlichen Halbleiterstruktur hin umlenkt. Die erste Stirnfläche desThe first end face of the substrate in the radiation direction of the radiation to be detected is preferably followed by a second end face of the substrate designed as a reflection surface, which deflects at least a portion of the radiation to be detected by means of reflection toward the photosensitive semiconductor structure. The first face of the
Substrats steht hierbei vorzugsweise senkrecht zu einer ersten Strahlachse der einfallenden, zu detektierenden Strahlung und die zweite Stirnfläche des Substrats steht derart schräg zur ersten Strahlachse, dass eine zweite Strahlachse der reflektierten Strahlung durch die photoempfindliche Halbleiterstruktur verläuft.The substrate is preferably perpendicular to a first beam axis of the incident radiation to be detected and the second end face of the substrate is inclined to the first beam axis in such a way that a second beam axis of the reflected radiation runs through the photosensitive semiconductor structure.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Photodetektorchips ist die erste Stirnfläche gleichzeitig die Strahlungsumlenkfiache. Sie steht derart schräg zur ersten Strahlachse der einfallenden, zu detektierenden Strahlung, dass zumindest ein Teil der zu detektierenden Strahlung bei Eintritt in das Substrat zur photoempfindlichen Halbleiterstruktur hin gebrochen wird. Vorteilhafter- weise verläuft eine zweite Strahlachse der gebrochenen Strahlung durch die photoempfindliche Halbleiterstruktur. Besonders bevorzugt wird der erfindungsgemäße Photodetektor¬ chip als Monitorchip in einem Laserdiodenmodul mit einem kan¬ tenemittierenden Laserdiodenchip verwendet, bei dem der Monitorchip vor oder hinter dem Laserdiodenchip mit diesem auf einer gemeinsamen Montageebene einer Trägerplatte oder eines Anschlußrahmens angeordnet ist, derart, dass ein Teil der von dem Laserdiodenchip durch die Vorderseite bzw. durch die Rückseite ausgesandten Strahlung durch die erste Seitenfläche des Substrats hindurch in den Photodetektorchip eingekoppelt wird.In a particularly preferred embodiment of the photodetector chip according to the invention, the first end face is at the same time the radiation deflecting surface. It is so inclined to the first beam axis of the incident radiation to be detected that at least part of the radiation to be detected is refracted toward the photosensitive semiconductor structure when it enters the substrate. A second beam axis of the refracted radiation advantageously runs through the photosensitive semiconductor structure. The photodetector according to the invention ¬ chip is particularly preferably used as a monitor chip in a laser diode module with a kan ¬ tenemittierenden laser diode chip, wherein the monitor chip is arranged in front of or behind the laser diode chip with this on a common mounting plane of a support plate or a lead frame, such that a part of the is coupled into the photodetector chip by the laser diode chip through the front side or through the rear side, through the first side surface of the substrate.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Photodetektorchips ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren 1 bis 5 näher erläuter- ten zwei Ausführungsbeispielen. Es zeigenFurther advantages and advantageous developments of the photodetector chip according to the invention result from the two exemplary embodiments explained in more detail below in connection with FIGS. 1 to 5. Show it
Figur 1 eine schematische Darstellung eines senkrechten Schnittes durch ein erstes Ausführungsbeispiel , Figur 2 eine schematische Darstellung eines senkrechten Schnittes durch ein zweites Ausführungsbeispiel, Figur 3 eine schematische Darstellung eines senkrechtenFigure 1 is a schematic representation of a vertical section through a first embodiment, Figure 2 is a schematic representation of a vertical section through a second embodiment, Figure 3 is a schematic representation of a vertical
Schnittes durch ein Lasermodul mit einem Photodetektorchip gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,Section through a laser module with a photodetector chip according to the first embodiment,
Figur 4 eine schematische Darstellung eines senkrechten Schnittes durch ein Lasermodul mit einem Photodetektorchip gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel undFigure 4 is a schematic representation of a vertical section through a laser module with a photodetector chip according to the second embodiment and
Figur 5 eine schematische Darstellung eines senkrechten Schnittes durch ein weiteres Lasermodul mit einem Photodetektorchip gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel .Figure 5 is a schematic representation of a vertical section through a further laser module with a photodetector chip according to the first embodiment.
In den Figuren sind gleiche und gleichwirkende Bestandteile der verschiedenen Ausführungsbeispiele jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures, the same and equivalent components of the different exemplary embodiments are each provided with the same reference numerals.
Bei dem Auführungsbeispiel von Figur 1 handelt es sich um ei- ne Photodiode mit PIN-Struktur. Auf einer ersten Hauptfläche 2 eines Substrats 3, z. B. bestehend aus n-dotiertem InP, ist eine photoempfindliche Halbleiterschichtstruktur 1 angeord- net . Diese besteht beispielsweise aus einer ersten 13 und einer zweiten 15 n-dotierten InP-Epitaxieschicht , einer zwischen diesen beiden Schichten 13,15 angeordneten n-dotierten InGaAs-Epitaxieschicht 14 und einem die zweite n-dotierte InP-Epitaxieschicht 15 durchdringenden und in die n-dotierte InGaAs-Epitaxieschicht 14 hineinreichenden p-dotierten Gebiet 16.The exemplary embodiment in FIG. 1 is a photodiode with a PIN structure. On a first main surface 2 of a substrate 3, for. B. consisting of n-doped InP, a photosensitive semiconductor layer structure 1 is arranged net. This consists, for example, of a first 13 and a second 15 n-doped InP epitaxial layer, an n-doped InGaAs epitaxial layer 14 arranged between these two layers 13, 15 and a second n-doped InP epitaxial layer 15 penetrating into the n -doped InGaAs epitaxial layer 14 reaching p-doped region 16.
Auf dem p-dotierten Gebiet 16 befindet sich eine TiPtAu- Kontaktmetallisierung 17, die am Rand von einer SiNx-Schicht 18 begrenzt ist und zusammen mit dieser das gesamte p- dotierte Gebiet 16 abdeckt. An der der ersten Hauptfläche 2 gegenüberliegenden zweiten Hauptfläche 6 ist das Substrat 3 mit einer AuGe- oder TiPt-Kontaktmetallisierung 19 versehen.There is a TiPtAu contact metallization 17 on the p-doped region 16, which is delimited at the edge by a SiN x layer 18 and together with this covers the entire p-doped region 16. The substrate 3 is provided with an AuGe or TiPt contact metallization 19 on the second main surface 6 opposite the first main surface 2.
Eine erste Stirnfläche 10 des Substrats 3 ist gegenüber der ersten Hauptfläche 2 abgeschrägt und schließt mit dieser einen Winkel von etwa 45° ein. Diese abgeschrägte erste Stirnfläche 10 bildet gleichzeitig die Strahlungseinkoppelfä- ehe und die Strahlungsumlenkfiache 5 des Photodiodenchips.A first end face 10 of the substrate 3 is beveled with respect to the first main face 2 and forms an angle of approximately 45 ° therewith. This beveled first end face 10 simultaneously forms the radiation coupling area and the radiation deflecting area 5 of the photodiode chip.
Trifft Strahlung 4 in einem Winkel ≠ 90° auf diese erste Stirnfläche 10, so wird sie, da der Brechungsindex des Substratmaterials größer als der des umgebenden Mediums (z. B. Luft oder Kunststoff) ist, zum Lot der Stirnfläche 10 und folglich zur photoempfindlichen Struktur 1 hin gebrochen. Ein Großteil der Strahlung 4 trifft folglich auf das p-dotierte Gebiet 16 der photoempfindlichen Halbleiterschichtstruktur 1 und wird detektiert.If radiation 4 strikes this first end face 10 at an angle ≠ 90 °, since the refractive index of the substrate material is greater than that of the surrounding medium (e.g. air or plastic), it becomes the solder of the end face 10 and consequently the photosensitive one Structure 1 broken. A large part of the radiation 4 consequently strikes the p-doped region 16 of the photosensitive semiconductor layer structure 1 and is detected.
Der Strahlengang der zu detektierenden Strahlung 4 mit einer im Wesentlichen parallel zur ersten Hauptfläche 2 des Substrats 3 verlaufenden Strahlach.se 11, die beispielsweise von einem kantenemittierenden Laser 22, einem Lichtwellenleiter, einem Lichtleiter oder einer Wellenleiterstruktur etc. ausgesandt wird, ist in Figur 1 durch gestrichtelte Linien angedeutet. Die Photodiode ist in Figur 1 beispielhaft zusa - men mit einer kantenemittierenden Laserdiode 22 auf einer Montageebene 7 eines gemeinsamen Trägers 8 befestigt .The beam path of the radiation 4 to be detected with a beam axis 11 which runs essentially parallel to the first main surface 2 of the substrate 3 and which is emitted, for example, by an edge-emitting laser 22, an optical waveguide, an optical waveguide or a waveguide structure etc. is shown in FIG. 1 indicated by dashed lines. The photodiode is shown by way of example in FIG. men with an edge emitting laser diode 22 on an assembly level 7 of a common carrier 8 attached.
Die Strahlungseinkoppelfläche ist zur Verringerung der Refle- xionsverluste vorzugsweise z. B. mittels einer Beschichtung entspiegelt. Derartige Entspiegelungs-Beschichtungen sind an sich bekannt und werden von daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.The radiation coupling-in area is preferably, for reducing the reflection losses. B. anti-reflective by means of a coating. Anti-reflective coatings of this type are known per se and are therefore not explained in more detail here.
Das Ausführungsbeispiel von Figur 2 unterscheidet sich von dem der Figur 1 im Wesentlichen dadurch, dass hier nicht die Strahlungseinkoppelfläche, in diesem Fall die erste Stirnfläche 10, sondern die dieser gegenüberliegende zweite Stirnfläche 9 des Substrats 3 gegenüber der ersten Hauptfläche 2 ab- geschrägt und als Reflexionsfläche 12 ausgebildet ist. Die zweite Stirnfläche 9, die mit der ersten Hauptfläche 2 des Substrats 3 beispielsweise einen Winkel von etwa 45° einschließt und zur Verbesserung der Reflexionseigenschaften beispielsweise poliert oder mit einer reflexionssteigerndern Schicht (z. B. AI) versehen ist, bildet somit für eine durch die Strahlungseinkoppelfläche 10 in das Substrat 3 einfallende zu detektierende Strahlung 4, deren Strahlachse 11 im Wesentlichen parallel zur ersten Hauptfläche 2 des Substrats 3 verläuft, eine Strahlungsumlenkfiache 5. Diese reflektiert die zu detektierende Strahlung 4 auf die photoempfindliche Struktur 1.The exemplary embodiment of FIG. 2 differs from that of FIG. 1 essentially in that it is not the radiation coupling surface, in this case the first end surface 10, but the second end surface 9 of the substrate 3 opposite it that is beveled with respect to the first main surface 2 and as Reflective surface 12 is formed. The second end face 9, which, for example, forms an angle of approximately 45 ° with the first main face 2 of the substrate 3 and, for example, is polished to improve the reflection properties or is provided with a reflection-enhancing layer (e.g. Al), thus forms a through-hole Radiation coupling surface 10, radiation 4 to be detected incident on the substrate 3, the beam axis 11 of which runs essentially parallel to the first main surface 2 of the substrate 3, a radiation deflecting surface 5. This reflects the radiation 4 to be detected onto the photosensitive structure 1.
Der Strahlengang der zu detektierenden Strahlung 4, die beispielsweise wiederum von einem kantenemittierenden Laser 22, einem Lichtwellenleiter, einem Lichtleiter oder einer Wellenleiterstruktur etc. stammen kann, ist in Figur 2 wieder durch gestrichelte Linien angedeutet.The beam path of the radiation 4 to be detected, which in turn can originate, for example, from an edge-emitting laser 22, an optical waveguide, an optical waveguide or a waveguide structure etc., is again indicated in FIG. 2 by dashed lines.
Bei dem in Figur 3 dargestellten Lasermodul ist auf der Mon- tageebene 7 einer gemeinsamen Trägerplatte 8 zwischen einem Trägerteil 30 mit einer Spiegelschicht 31 und einer Photodiode 32 gemäß dem Ausführungsbeispiel von Figur 1 ein kantene- mittierender Laserdiodenchip 22 angeordnet. Die Spiegelfläche 31 steht in einem Winkel von ca. 45° zur Montageebene und ist der Vorderseite des Laserdiodenchips zugewandt. Auf dem Trägerteil 30 ist ein Linsenchip 33 derart angeordnet, dass die Linse 34 senkrecht über der Spiegelfläche zu liegen kommt. Ein von dem Laserdiodenchip 22 durch dessen vorderseitigen Resonatorspiegel parallel zur Montageebene 7 ausgesandtes La- serstrahlenbündel wird von der Spiegelfläche um 90° zur Linse 34 hin umgelenkt.In the laser module shown in FIG. 3, on the assembly level 7 of a common carrier plate 8 between a carrier part 30 with a mirror layer 31 and a photodiode 32 according to the exemplary embodiment in FIG. centering laser diode chip 22 arranged. The mirror surface 31 is at an angle of approximately 45 ° to the mounting plane and faces the front of the laser diode chip. A lens chip 33 is arranged on the carrier part 30 such that the lens 34 comes to lie perpendicularly above the mirror surface. A laser beam emitted by the laser diode chip 22 through its front resonator mirror parallel to the mounting plane 7 is deflected from the mirror surface by 90 ° to the lens 34.
Eine von dem Laserdiodenchip 22 durch dessen rückseitigen Resonatorspiegel ausgesandte Laserstrahlung mit einer parallel zur Montageebene 7 liegenden Strahlachse wird von der Photodiode 32, die hier als Monitordiode verwendet ist, empfangen. Der Strahlengang außerhalb und innerhalb der Photodiode 32 enspricht dem in Figur 1 gezeigten.A laser radiation emitted by the laser diode chip 22 through its rear resonator mirror with a beam axis lying parallel to the mounting plane 7 is received by the photodiode 32, which is used here as a monitor diode. The beam path outside and inside the photodiode 32 corresponds to that shown in FIG. 1.
Bei dem Lasermodul von Figur 3 kann alternativ eine Photodiode gemäß dem Ausführungsbeispiel von Figur 2 verwendet wer- den.In the laser module of FIG. 3, a photodiode according to the embodiment of FIG. 2 can alternatively be used.
Bei dem Lasermodul von Figur 4 ist an einer ersten Hauptfläche 40 eines strahlungsdurchlässigen Trägerteiles 8 eine Ausnehmung 41 und an einer der ersten Hauptfläche 40 gegenüber- liegenden zweiten Hauptfläche 42 des Trägerteiles 8 einIn the laser module of FIG. 4, there is a recess 41 on a first main surface 40 of a radiation-transmissive support part 8 and a second main surface 42 of the support part 8 opposite a first main surface 40
Strahlungsfokussiermittel 48 zum Fokussieren von Strahlung, in diesem Fall eine sphärische Sammellinse, ausgebildet. Auf der Bodenfläche 49 der Ausnehmung 41 ist ein Prismenwürfel 44 befestigt. Der Prismenwürfel 44 besteht aus zwei zusammenge- fügten optischen Prismen 45,46, zwischen denen eine Strahl - teilerschicht 50 angeordnet ist. Die Strahlteilerschicht 50 liegt auf einer diagonalen Ebene des Prismenwürfeis 44.Radiation focusing means 48 are designed for focusing radiation, in this case a spherical converging lens. A prism cube 44 is attached to the bottom surface 49 of the recess 41. The prism cube 44 consists of two joined optical prisms 45, 46, between which a beam splitter layer 50 is arranged. The beam splitter layer 50 lies on a diagonal plane of the prismatic egg 44.
Auf der ersten Hauptfläche 40 des Trägerteiles 8 ist benach- bart zu einer ersten Seitenfläche 55 des Prismenwürfeis 44 ein Sendebauelement 22, beispielsweise ein Fabry-Perot- oder ein DFB-Laser, also ein Kantenemitter, derart befestigt, daß eine Sendebauelement-Strahlenaustrittsfläche des Sendebauelements 22 parallel zur ersten Seitenfläche 55 des Prismenwürfels 44 liegt.A transmission component 22, for example a Fabry-Perot or a DFB laser, that is to say an edge emitter, is fastened on the first main surface 40 of the carrier part 8 adjacent to a first side surface 55 of the prismatic egg 44 such that a transmission component beam exit surface of the transmission component 22 is parallel to the first side surface 55 of the prism cube 44.
Auf einer senkrecht zur ersten Seitenfläche 55 und parallel zur ersten Hauptfläche 40 des Trägerteiles 8 liegenden zweiten Seitenfläche 56 des Prismenwürfels 44 ist ein Empfangsbauelement 43, z. B. eine Fotodiode, befestigt. Die Empfangs- bauelement-Strahleneintrittsflache des Empfangsbauelements 43 ist der zweiten Seitenfläche 56 zugewandt. Der Prismenwürfel 44 ist derart angeordnet, daß die Strahlteilerschicht 50 in einer Ebene liegt, die zwischen dem Sendebauelement 22 und dem Empfangsbauelement 43 angeordnet ist und die mit der ersten Hauptfläche 40 des Trägerteiles 8 einen Winkel von 45° einschließt.On a second side surface 56 of the prism cube 44 lying perpendicular to the first side surface 55 and parallel to the first main surface 40 of the carrier part 8, a receiving component 43, e.g. B. a photodiode attached. The receiving component beam entry surface of the receiving component 43 faces the second side surface 56. The prism cube 44 is arranged in such a way that the beam splitter layer 50 lies in a plane which is arranged between the transmitting component 22 and the receiving component 43 and which forms an angle of 45 ° with the first main surface 40 of the carrier part 8.
Auf der dem Sendebauelement 22 gegenüberliegenden Seite des Prismenwürfel 44 ist eine Photodiode 32 gemäß dem Ausführungsbeispiel von Figur 2 befestigt. Diese ist als Monitordi- ode genutzt und dient im wesentlichen dazu, die von dem Sendebauelement 22 ausgesandte Strahlung auf ihre Wellenlänge hin zu überprüfen. Dazu ist die Strahlteilerschicht 50 so ausgebildet, daß sie einen Teil der ausgesandten Strahlung durchläßt, die dann von der Photodiode 32 empfangen wird.On the side of the prism cube 44 opposite the transmission component 22, a photodiode 32 according to the embodiment of FIG. 2 is attached. This is used as a monitor diode and essentially serves to check the wavelength of the radiation emitted by the transmission component 22. For this purpose, the beam splitter layer 50 is formed in such a way that it transmits part of the emitted radiation, which is then received by the photodiode 32.
Eine der Monitordioden-Strahleneintrittsfläche gegenüberliegende Seitenfläche der Monitordiode ist derart abgeschrägt, daß sie zumindest einen Teil der in die Monitordiode eindringenden Strahlung zu einem Strahlung detektierenden pn- Übergang der Monitordiode hin reflektiert. Sie schließt mit einer dem pn-Übergang am nächsten liegenden Seitenfläche der Monitordiode einen Winkel ein, der kleiner als 90° ist. Zusätzlich kann sie mit einer reflexionssteigernden Schicht versehen sein.A side surface of the monitor diode opposite the monitor diode beam entry surface is chamfered in such a way that it reflects at least part of the radiation penetrating into the monitor diode towards a radiation-detecting pn junction of the monitor diode. It forms an angle with a side surface of the monitor diode that is closest to the pn junction, which angle is less than 90 °. In addition, it can be provided with a reflection-enhancing layer.
Das Sendebauelement 22, das Empfangsbauelement 43, der Prismenwürfel 44, und das Strahlungsfokussiermittel 48, sind der- art ausgebildet und zueinander angeordnet, daß im Betrieb des optotelektronischen Moduls zumindest ein Teil einer von dem Sendebauelement 22 ausgesandten Strahlung nach Durchtritt durch das Strahlungsfokussiermittel 48 in eine, in Ausbrei- tungsrichtung der ausgesandten Strahlung betrachtet, demThe transmission component 22, the reception component 43, the prism cube 44, and the radiation focusing means 48 are Art designed and arranged to each other that in operation of the optotelectronic module at least a part of a radiation emitted by the transmission component 22 after passing through the radiation focusing means 48 in a, in the direction of propagation of the emitted radiation considered, the
Strahlungsfokussiermittel 48 nachgeordneten optische Vorrichtung 49 eingekoppelt wird und daß zumindest ein Teil einer aus der optischen Vorrichtung 49 ausgekoppelten, empfangenen Strahlung nach Durchtritt durch das Strahlungsfokussiermittel 48 und durch den Prismenwürfel 44 in das Empfangsbauelement 43 eingekoppelt wird.Radiation focusing means 48 is coupled downstream optical device 49 and that at least a portion of a received radiation decoupled from the optical device 49 is coupled into the receiving component 43 after passing through the radiation focusing means 48 and through the prism cube 44.
Die optische Vorrichtung 49 ist beispielsweise, wie in der Figur 4 angedeutet, ein Lichtwellenleiter, eine Linsenanord- nung oder ein weiteres optoelektronisches Modul usw..The optical device 49 is, for example, as indicated in FIG. 4, an optical waveguide, a lens arrangement or another optoelectronic module, etc.
Bei dem Lasermodul von Figur 4 kann wiederum alternativ eine Photodiode gemäß dem Ausführungsbeispiel von Figur 1 verwendet werden.In the laser module of FIG. 4, a photodiode according to the embodiment of FIG. 1 can alternatively be used.
Das Lasermodul von Figur 5 unterscheidet sich von dem der Figur 4 im Wesentlichen dadurch, dass hier die als Monitordiode genutzte Photodiode 32 an der Rückseite des Sendebauelements 22 angeordnet ist und eine von dem Sendebauelement 22 durch die Rückseite ausgesandte Strahlung empfängt . Auch hier kann eine Photodiode gemäß Figur 1 oder eine gemäß Figur 2 eingesetzt werden.The laser module of FIG. 5 differs from that of FIG. 4 essentially in that here the photodiode 32 used as a monitor diode is arranged on the rear side of the transmission component 22 and receives radiation emitted by the transmission component 22 through the rear side. A photodiode according to FIG. 1 or one according to FIG. 2 can also be used here.
Die Erläuterung des erfindungsgemäßen Photodetektorchips und dessen bevorzugten Anwendungen anhand der Ausführungsbeispie- le ist selbstverständlich nicht als Einschränkung der Erfindung auf diese Beispiele zu verstehen. Vielmahr kann der erfindungsgemäße Photodetektorchip überall dort eingesetzt werden, wo eine laterale Einkopplung der zu detektierenden Strahlung in den Chip vorteilhaft ist. Beispiele hierfür sind Lichtschranken mit seitlicher Lichteinstrahlung, Laserdioden mit Monitordiode auf Leadframe, planare Lichtleitertechniken, planare Lichtwellenleitertechniken (PLC-Technik) usw.. The explanation of the photodetector chip according to the invention and its preferred applications on the basis of the exemplary embodiments is of course not to be understood as restricting the invention to these examples. The photodetector chip according to the invention can be used wherever a lateral coupling of the radiation to be detected into the chip is advantageous. Examples of this are light barriers with lateral light radiation, laser diodes with monitor diode on leadframe, planar fiber optic technologies, planar fiber optic technologies (PLC technology) etc.

Claims

Patentansprüche claims
1. Photodetektorchip, bei dem1. photodetector chip, in which
- eine photoempfindliche Halbleiterstruktur (1) auf einer er- sten Hauptfläche (2) eines Substrats (3) angeordnet ist,a photosensitive semiconductor structure (1) is arranged on a first main surface (2) of a substrate (3),
- das Material des Substrats (3) für eine zu detektierende Strahlung zumindest teiltransparent ist und- The material of the substrate (3) is at least partially transparent for a radiation to be detected and
- eine Einkopplung einer zu detektierenden Strahlung (4) durch das Substrat (3) hindurch vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet , dass- A coupling of a radiation to be detected (4) through the substrate (3) is provided, characterized in that
- die Einkopplung der zu detektierenden Strahlung (4) durch eine erste Stirnfläche (10) des Substrats (3) hindurch vorgesehen ist und- The coupling of the radiation to be detected (4) through a first end face (10) of the substrate (3) is provided and
- das Substrat (3) eine Strahlungsumlenkfiache (5) aufweist, die schräg zur ersten Hauptfläche (2) des Substrats (3) liegt und wenigstens einen Teil der zu detektierenden Strahlung (4) zur photoempfindlichen Halbleiterstruktur (1) hin umlenkt .- The substrate (3) has a radiation deflecting surface (5) which lies obliquely to the first main surface (2) of the substrate (3) and deflects at least part of the radiation (4) to be detected towards the photosensitive semiconductor structure (1).
2. Photodetektorchip nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Strahlungsumlenkfiache (5) und die erste Hauptfläche (2) des Substrats (3) einen spitzen Winkel (α) einschließen.2. Photodetector chip according to claim 1, characterized in that the radiation deflecting surface (5) and the first main surface (2) of the substrate (3) include an acute angle (α).
3. Photodetektorchip nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Strahlungsumlenkfiache (5) mit einem Winkel (α) von ungefähr 45° zur ersten Hauptfläche (2) abgeschrägt ist.3. Photodetector chip according to claim 2, characterized in that the radiation deflecting surface (5) is chamfered at an angle (α) of approximately 45 ° to the first main surface (2).
4. Photodetektorchip nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , dass die Strahlungsumlenkfiache (5) eine ebene Stirnfläche des Substrats (3) ist.4. Photodetector chip according to one of claims 1 to 3, characterized in that the radiation deflecting surface (5) is a flat end face of the substrate (3).
5. Photodetektorchip nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , dass eine der ersten Hauptfläche (2) gegenüberliegende zweite Hauptfläche (6) des Substrats (3) als Montagefläche zur Montage auf einer Montageebene (7) eines Trägerteiles (8) vorgesehen ist und dass eine Strahlach.se (11) der zu detektieren- den Strahlung (4) im Wesentlichen parallel zur Montageebene (8) verläuft.5. photodetector chip according to one of claims 1 to 4, characterized in that a second main surface (6) of the substrate (3) opposite the first main surface (2) is provided as a mounting surface for mounting on a mounting plane (7) of a carrier part (8) and that a beam axis (11) is to be detected Radiation (4) runs essentially parallel to the assembly plane (8).
6. Photodetektorchip nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , dass das Material des Substrats (3) einen größeren Brech- nungsindex aufweist als das umgebende Medium und dass die erste Stirnfläche (10) gleichzeitig die Strahlungsumlenkfiache (5) ist, die zumindest einen Teil der zu detektierenden Strahlung (4) mittels Brechung zur photoempfindlichen Halb- leiterstruktur (1) hin umlenkt.6. Photodetector chip according to one of claims 1 to 5, characterized in that the material of the substrate (3) has a larger refractive index than the surrounding medium and that the first end face (10) is at the same time the radiation deflecting surface (5), which at least deflects part of the radiation to be detected (4) towards the photosensitive semiconductor structure (1).
7. Photodetektorchip nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , dass der ersten Stirnfläche (10) des Substrats (3) in Strah- lungsrichtung der zu detektierenden Strahlung (4) eine als7. Photodetector chip according to one of claims 1 to 5, characterized in that the first end face (10) of the substrate (3) in the radiation direction of the radiation to be detected (4) as a
Reflexionsfläche (12) ausgebildete zweite Stirnfläche (9) des Substrats (3) nachgeordnet ist, die zumindest einen Teil der zu detektierenden Strahlung (4) mittels Reflexion zur pho- toempfindlichen Halbleiterstruktur (1) hin umlenkt.Second surface (9) of the substrate (3), which deflects at least a portion of the radiation (4) to be detected, is deflected towards the photosensitive semiconductor structure (1) by reflection.
8. Photodetektorchip nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , dass das Material des Substrats (3) einen größeren Brech- nungsindex aufweist als das umgebende Medium.8. Photodetector chip according to claim 7, characterized in that the material of the substrate (3) has a larger refractive index than the surrounding medium.
9. Verwendung eines Photodetektorchips gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 als Monitorchip (32) in einem Lasermodul mit einem kantenemittierenden Laserdiodenchip (22), dadurch gekennzeichnet , dass der Monitorchip (32) und der Laserdiodenchip (22) derart zueinander angeordnet sind, dass zumindest ein Teil einer von dem Laserdiodenchip (22) durch einen vorderseitigen oder rückseitigen Resonatorspiegel hindurch ausgekoppelten Laserstrahlung durch die erste Stirnfläche (10) hindurch in das Substrat (3) eingekoppelt und von der Strahlungsumlenkfiache (5) zur photoempfindlichen Halbleiterstruktur (1) hin umge- lenkt wird. 9. Use of a photodetector chip according to one of claims 1 to 8 as a monitor chip (32) in a laser module with an edge-emitting laser diode chip (22), characterized in that the monitor chip (32) and the laser diode chip (22) are arranged with respect to one another such that at least part of one of the laser diode chip (22) through a front or Laser radiation coupled out on the rear resonator mirror is coupled through the first end face (10) into the substrate (3) and deflected from the radiation deflecting surface (5) to the photosensitive semiconductor structure (1).
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