WO2010034279A1 - Optoelektronisches bauteil - Google Patents

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    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031—Edge-emitting structures

Definitions

  • An optoelectronic component is specified.
  • a method for producing an optoelectronic component is specified.
  • An object to be solved is to specify an optoelectronic component which is particularly easy to produce. Another object to be solved is to specify a particularly compact laser light source. Another object to be solved is to specify such a simplified manufacturing method.
  • the optoelectronic component comprises an optical pump device.
  • the optical pump device is, for example, a semiconductor laser.
  • the optical pump device preferably comprises a first radiation-generating layer of the component. In the first radiation-generating layer, electromagnetic radiation is generated during operation of the optical pump device.
  • the optical pump device is pumped electrically. That is, in operation of the optical pump device, it is operated with electric current, whereby electromagnetic radiation is generated in the first radiation-generating layer.
  • the optical pump device comprises a radiation exit surface for decoupling the electromagnetic radiation generated in the radiation-generating layer.
  • the radiation exit surface is preferably located on an upper side of the pump device.
  • the radiation exit surface is given by a part of the outer surface of the pumping device at its upper side.
  • the radiation exit surface extends, for example, parallel or within the scope of the manufacturing tolerance, at least substantially parallel to the first radiation generating end
  • the electromagnetic radiation generated in the first radiation-generating layer is at least partially decoupled transversely to the radiation-generating layer through the radiation exit surface of the pumping device.
  • Transverse may mean that the electromagnetic radiation is coupled out of the pump device at an angle not equal to 90 ° to the main extension plane of the radiation-generating layer through the radiation exit surface
  • Radiation can be perpendicular to the radiation exit surface.
  • the radiation exit surface of the optical pump device is not necessarily an area actually present in the pump device, but may also be an imaginary surface which runs parallel to the radiation-generating layer and through which the electromagnetic radiation emitted by the pump device during operation occurs.
  • the optoelectronic component comprises a surface-emitting semiconductor laser chip having a reflective layer sequence and a second radiation-generating layer of the component.
  • the surface-emitting semiconductor laser chip comprises a radiation exit surface, which runs preferably parallel or within the scope of the manufacturing tolerance essentially parallel to the second radiation-generating layer and to the reflective layer sequence.
  • the second radiation-generating layer is optically pumpable, so that the second radiation-generating layer can be pumped by electromagnetic radiation generated in the first radiation-generating layer of the component during operation of the pump device.
  • the reflective layer sequence is preferably a layer stack of layers with alternating high and low refractive indices.
  • the reflective layer sequence below is a Bragg mirror.
  • the reflective layer sequence is designed to be reflective for electromagnetic radiation generated in the surface-emitting semiconductor laser chip. For electromagnetic radiation of other wavelengths, it may be permeable.
  • the semiconductor laser chip is a surface-emitting semiconductor laser chip, that is to say a resonator of the semiconductor laser chip is arranged such that the second radiation exit area of the component, that is to say the radiation exit area of the component
  • Semiconductor laser chips located in the resonator or itself forms part of the resonator mirror of the semiconductor laser chip.
  • the radiation exit surface is located the top or the bottom of the semiconductor laser chip.
  • the resonator can be formed by the reflective layer sequence and an external resonator mirror, wherein the radiation exit surface of the semiconductor laser chip is then located between the reflective layer sequence and the external resonator mirror.
  • the surface emitting semiconductor laser chip is fastened to the upper side of the pump device. That is, the semiconductor laser chip is applied to the top of the pumping device and mechanically connected thereto. “Attached” also means that the semiconductor laser chip is applied as an independent component to the pumping device
  • Semiconductor laser chip and the pumping device are not monolithically integrated with each other. Semiconductor laser chip and pumping device are therefore not epitaxially deposited on each other, but pumping device and semiconductor laser chip are manufactured separately from each other, and then connected together so that the surface emitting semiconductor laser chip is attached to the top of the pumping device.
  • the reflective layer sequence is arranged between the first radiation exit area and the second radiation-generating layer. That is, the surface emitting semiconductor laser chip is attached, for example, to the top of the pumping device. At the top of the pumping device is also the radiation exit surface of the pumping device, so that generated in the pumping device electromagnetic Radiation first passes through the reflective layer sequence of the surface emitting semiconductor laser chip before it enters the second radiation-generating layer, which is optically pumped by the electromagnetic radiation.
  • the pumping radiation of the optical pumping device must first pass through a resonator mirror of the surface-emitting semiconductor laser chip to enter the second radiation-generating layer, which is then optically pumped with the electromagnetic radiation.
  • the optoelectronic component comprises an optical pump device which comprises a first radiation-generating layer and a radiation exit surface on the top side of the pump device, wherein electromagnetic radiation generated during operation of the pump device passes through the first radiation-generating layer
  • the optoelectronic component comprises a surface-emitting semiconductor laser chip having a reflective layer sequence and a second radiation-generating layer, wherein the surface-emitting semiconductor laser chip is attached to the top of the pumping device and the reflective layer sequence is arranged between the radiation exit surface and the second radiation-generating layer.
  • each of the two individual optically active elements of the optoelectronic component can be manufactured with the production method 5 most suitable for the respective element.
  • a pump laser integrated in the resonator of the surface-emitting semiconductor laser makes it difficult to control the resonator length and thus the setting of a defined emission wavelength.
  • the optoelectronic component described here is therefore based inter alia on the finding that a separate production of optical pump device and surface emitting semiconductor laser chip is a special one
  • the pump device is formed by an electrically pumped semiconductor laser chip, wherein two resonator mirrors delimit the first radiation-generating layer in a lateral direction. That is, the first radiation-generating layer is bounded laterally by two resonator mirrors.
  • the resonator mirrors are formed, for example, by side faces of the pumping device. Both side surfaces are then formed so reflective that through them little or no electromagnetic radiation can escape to the outside.
  • the radiation-generating layer is preferably arranged at least locally perpendicular to the resonator mirrors.
  • the pumping device is therefore - from the basic structure - an edge-emitting
  • the pump device preferably comprises a coupling-out structure, which between the resonator mirrors, for
  • Example in the middle of the resonator is arranged. That is, the coupling-out structure is located between the resonator mirrors, for example in a center of the pumping device.
  • the resonator formed by the resonator mirror rotates laser radiation, which in the first
  • Radiation generating layer is amplified. With the aid of the coupling-out structure, part of this laser radiation is coupled out through the radiation exit surface of the pumping device, which is arranged on the upper side of the pumping device.
  • the coupling-out structure itself forms a resonator mirror and the pumping device with it p
  • the resonator mirrors are produced, for example, by etching the semiconductor body of the pump device.
  • the resonator mirrors may be so-called retroreflectors. That is, for reflection, the internal total reflection is used by the resonator instead of the Fresnel reflection.
  • retroreflectors for reflection, the internal total reflection is used by the resonator instead of the Fresnel reflection.
  • resonator mirrors are described in WO 2005/048423 for another optoelectronic component. This document is therefore hereby explicitly incorporated by reference to the formation of the resonator.
  • the pump device is formed by a semiconductor laser which comprises two resonator mirrors which form the resonator of the laser.
  • the pumping device furthermore comprises a coupling-out structure, which is arranged between the resonator mirrors and decouples electromagnetic radiation transversely to the radiation-generating layer, partly for example perpendicular to the radiation-generating layer, from the pumping device.
  • the pumping device between the pumping device and the surface emitting semiconductor laser chip arranged.
  • the electrically conductive contact layer it is, for example, a metallization, which is applied to the top of the pumping device.
  • the pump device can then be electrically contactable, for example, on the p-side.
  • the electrically conductive contact layer consists of a good heat-conducting metal such as silver or gold.
  • the electrically conductive contact layer can then, in addition to its electrical properties, also serve to dissipate heat from the surface-emitting semiconductor chip due to its arrangement between pump device and surface-emitting semiconductor laser chip. That is, heat generated in the operation of the surface emitting semiconductor chip can be distributed to a larger area by the electrically conductive contact layer attached to the top of the pumping device and released to the environment.
  • a solder layer is arranged between the pump device and the surface-emitting semiconductor laser chip, by means of which the pump device and the surface-emitting semiconductor laser chip are mechanically connected to one another.
  • the solder layer is preferably formed with a solder metal.
  • the solder layer can be arranged, for example, on the electrically conductive contact layer for operating the pump device. Heat generated by the surface-emitting semiconductor laser chip during operation is then dissipated via the solder layer to the contact layer.
  • the height of the electrically conductive contact layer and the height of the electrically conductive contact layer is about the height of the electrically conductive contact layer and the height of the
  • the distance between the pumping device and the surface emitting semiconductor laser chip adjustable can be chosen such that a optimum pumping of the second radiation-generating layer by electromagnetic radiation from the first radiation-generating layer is possible.
  • the pumping of the surface-emitting semiconductor laser chip is preferably carried out by what is known as barrier pumping, in which the pump radiation is absorbed in barrier layers between quantum wells in the second radiation-generating layer.
  • a passivation layer preferably faces the pump device, and the etch stop layer is arranged between the passivation layer and the reflective layer sequence.
  • the following layer sequence then results on the underside of the surface-emitting semiconductor chip facing the upper side of the pump device from the pumping device: passivation layer, etching stop layer, reflective layer sequence.
  • the layers can be arranged directly on top of each other so that there are no other layers between these layers.
  • the passivation layer is formed with a dielectric, for example silicon nitride, or consists of a dielectric
  • the passivation layer then has electrically insulating properties, so that, for example, the electric conductive contact layer and the solder layer between the pumping device and surface emitting semiconductor laser chip no electric current can be impressed in the surface emitting semiconductor laser chip.
  • the passivation layer can in this case directly adjoin the solder layer, so that the following sequence results between the pump device and the surface-emitting semiconductor laser chip: electrically conductive contact layer, solder layer, passivation layer.
  • the etching stop layer is formed with InGaP or consists of this material.
  • the etching stopper layer serves, for example, as a stopper layer for peeling off a growth substrate from the epitaxially grown layers of the surface emitting semiconductor laser chip. After detachment of the growth substrate, instead of the growth substrate, the passivation layer may be applied to the etching stop layer, for example sputtered on.
  • the layer sequence of passivation layer and etch stop layer and reflective layer sequence is selected such that a permeability of more than 85%, preferably at least 90%, particularly preferably at least 98%, has been reached for electromagnetic radiation coupled out of the pump device ,
  • Such a high permeability for coupled out of the pumping device electromagnetic radiation can be achieved by a suitable choice of materials and the thicknesses of passivation layer and etch stop layer. Examples for a suitable choice of material as well as for suitable thicknesses of the named layers are given below. With such a layer sequence of passivation layer, etch stop layer and reflective layer sequence, it is possible to optically pump the surface-emitting semiconductor laser chip through the reflective layer sequence.
  • the solder layer encloses the
  • solder layer is guided around the radiation exit surface of the pumping device as a web of solder material.
  • "Frame-like" not referring to the geometry 'of the solder layer, that is, the solder layer does not necessarily has to be formed in the manner of a rectangle, it may for example also have a round or an oval shape.
  • a gap is arranged between the radiation exit surface of the pump device and the surface emitting semiconductor laser chip, which gap is filled with a material whose refractive index is ⁇ 2.0.
  • this gap may be filled with air.
  • the thickness of the gap determines the distance between the surface-emitting semiconductor laser chip and the pumping device. Because of the gap between Radiation exit surface and surface emitting semiconductor laser chip, which is filled with a material whose refractive index is ⁇ 2.0, due to the refractive index jump in the leakage of electromagnetic radiation from the pumping device towards the gap and upon entry of electromagnetic radiation from the gap in the surface emitting semiconductor laser chip improved Coupling of electromagnetic radiation result.
  • a method for producing an optoelectronic component is specified.
  • the method it is possible to produce an optoelectronic component according to at least one of the preceding embodiments. That is, all the features described in connection with the optoelectronic component are also disclosed for the method for producing the optoelectronic component and vice versa.
  • the method includes a step in which a plurality of pumping devices' which are in a first plate of a composite, are provided, a radiation exit surface is provided on the top of each pumping device.
  • the pumping devices are preferably in the wafer composite.
  • the pumping devices are epitaxially deposited, for example, on a growth substrate.
  • resonator mirrors are produced in the disk with the plurality of pumping devices.
  • a coupling-out structure is produced by means of which electromagnetic radiation can exit the pumping device through the radiation exit surface.
  • exactly one decoupling structure is generated for each pumping device.
  • the method comprises a step in which a plurality of surface emitting semiconductor laser chips are provided, which are present in a second disc as a composite. That is, the surface emitting semiconductor laser chips are also applied to, for example, a common growth substrate or a support.
  • the number of surface-emitting semiconductor laser chips preferably corresponds to the number of pump devices. That is, in the course of the manufacturing process, each pumping device can be uniquely associated with a surface emitting semiconductor laser chip.
  • the method comprises a method step in which the first and second disks are connected to one another such that the upper sides of the pump devices face the surface-emitting semiconductor laser chips.
  • the joining of the first and second disks may take place by means of a wafer bonding process.
  • solder material disposed between the tops of the pumping devices and the surface emitting semiconductor laser chips is soldered by laser radiation directed onto the solder material by the pumping devices and / or the surface emitting semiconductor laser chips.
  • the connection can be effected by means of thermocompression.
  • the method for producing the optoelectronic component comprises a method step in which the connected disks are provided with pumping devices and surface emitting
  • the bonded wafers initially comprise a plurality of optoelectronic components in which each component comprises a pump device and a surface emitting semiconductor laser chip.
  • the composite of the panes is divided into individual optoelectronic components. This can be done for example by sawing, breaking or laser cutting.
  • the method for producing an optoelectronic component comprises the following steps:
  • the optoelectronic components are each made up of separately produced pumping devices and surface-correcting ones
  • the pumping devices in this case comprise a radiation exit surface which can radiate perpendicularly or at least transversely to the surface of the disk in which the plurality of pumping devices are located. That is, the radiation exit surfaces of the pumping devices are each disposed at the top of the disc.
  • the pumping devices and the surface emitting semiconductor laser chips are manufactured separately from each other, in the operation of the finished optoelectronic device no power conduction must take place through the surface emitting semiconductor laser chip. For this reason, the reflective layer sequence of each surface emitting semiconductor laser chip can be performed undoped. In this way, optical losses due to doping can be avoided.
  • a soldering process is used to connect the plurality of pumping devices to the plurality of surface emitting semiconductor laser chips. That is, first and second discs are soldered together, for example.
  • a semiconductor laser structure comprising a first radiation-generating layer is first epitaxially deposited on a growth substrate and subsequently a multiplicity of resonator mirrors are produced in the semiconductor laser structure by means of etching. That is, the pumping devices are fabricated together in a wafer. The definition of the individual pumping devices is made by etching the
  • Resonator mirror still on the growth substrate.
  • the resonator mirrors are therefore etched mirrors.
  • a plurality of pumping devices can be produced in this way, each comprising a first radiation-generating layer, which at each
  • Pumping device has the same structure as in the other pumping devices of the disc composite.
  • a decoupling structure is generated between each two resonator mirrors for defining the radiation exit surface of the plurality of pump devices.
  • the generation of the coupling-out structure can be effected, for example, by the production of oblique reflectors, which reflect part of the electromagnetic radiation generated toward the radiation exit face.
  • a coupling-out structure is also possible by changing the refractive index of the semiconductor laser structure of each pumping device below the radiation exit face. This can be done, for example, by a second order grating or by Coupled principles such as shock coupling done with air gap.
  • a refractive index grating in the optical field of a waveguide leads to partial reflections of the propagating electromagnetic wave at points of discontinuity - for example a Bragg reflector.
  • a first-order grating is used, in which a traveling wave is partially reflected in the back-reflected wave - for example in the case of a DFB or DBR laser.
  • the partial reflection is perpendicular to the original propagation direction, and therefore such a second-order grating can be used to extract electromagnetic radiation transversely to the propagation direction.
  • FIG. II shows a first embodiment of an optoelectronic component described here on the basis of a schematic sectional illustration.
  • Figures 2A to 2C show schematically
  • FIG. 3A shows a schematic sectional view of an exemplary embodiment of an optoelectronic component described here.
  • FIG. 3B shows a schematic diagram of FIG
  • FIGS. 4A and 4B show in schematic
  • FIGS 5A to C and 6 show schematically
  • FIGS. 1A to II show method steps of an exemplary embodiment of a method described here for producing an optoelectronic component. The component is produced in conjunction with at least one of the embodiments listed above.
  • a growth substrate 23 is provided, on which a semiconductor layer sequence 22a, 22b, 21 is epitaxially deposited.
  • the semiconductor layer sequence comprises, for example, a first radiation-generating layer 21, which is surrounded by an n-doped layer 22b and a p-doped layer 22a.
  • the radiation-generating layer 21 is suitable under energization for generating electromagnetic radiation, which is used in the later optoelectronic component as pump radiation for the surface-emitting semiconductor chip 1 use.
  • first radiation-generating layer 21 forms a first slice 200, and thus the starting wafer for the manufacturing method described here.
  • resonator mirrors 24 are produced by means of etching, which laterally delimit the radiation-emitting layer 21.
  • the resonator mirrors 24 preferably run perpendicular to the first radiation-generating layer 21.
  • individual pump devices 2 are defined.
  • FIG. 1C a further method step is described which takes place, for example, after the resonator mirror 24 has been produced.
  • a decoupling structure 25 is generated in each of the pumping devices 2. This is shown only schematically in FIG. 1C, the decoupling structures 25 are explained in more detail by way of example in FIGS. 4A and 4B.
  • a p-contact layer 26 is applied to the upper side 2b of the pump devices 2.
  • an exit window is left free in the region of the first radiation exit surface 2 a, in which the upper side 2 b of the pumping device remains uncovered by the p-contact layer 26.
  • a solder layer 27 is applied on the pumping device 2 side facing away from the p-contact layer 26, a solder layer 27 is applied.
  • a second pane 100 is applied to the first pane 200.
  • the second pane 100 comprises a multiplicity of surface-emitting semiconductor chips 1.
  • the surface-emitting semiconductor chips 1 are still arranged in the pane in the composite.
  • the second pane 100 comprises, for example, a substrate 13, a second radiation-generating layer 11, which is applied to the substrate 13, and a reflective layer sequence 14. On the side of the reflective surface facing away from the second radiation-generating layer 11
  • a solder layer 27 may also be arranged, which is applied in a structured manner, such that the solder layer 27 on the second disc 100 and the Lot für 27 on the first disc 200 can be brought into coincidence and contact.
  • first disc 100 and second disc 200 may be mechanically interconnected by means of a wafer bonding process to bond first and second discs 300 together.
  • the first disk 200 and the second disk 100 are each free of contact layers or solder layers. In this way, electromagnetic radiation can pass from the pumping devices 2 into the respectively assigned surface-emitting semiconductor chip 1.
  • the substrate 13 of the second pane 100 is removed and individual surface-emitting semiconductor chips are defined by mesa etching.
  • an n-contact layer 28 is applied over the entire surface of the first pane, on its side facing away from the surface-emitting semiconductor laser chips 1. Before that, the substrate 23 can still be thinned.
  • the first disk 200 in the vicinity of the resonator mirror 24 is cut through, so that optoelectronic components each having exactly one pump device 2 and exactly one surface-emitting semiconductor chip 1 are formed.
  • a single optoelectronic component can, for example, be connected to a connection carrier, for example a printed circuit board, are applied and electrically connected by means of the n-contact layer 28 and a wire contact 4 with the connection carrier.
  • the optoelectronic component forms a surface-emitting semiconductor laser, wherein the optical pump device 2 optically pumps the surface-emitting semiconductor chip by means of electromagnetic radiation coupled out via the coupling-out structure 25.
  • FIG. 2A shows a schematic plan view of a pump device 2 before the solder layer 27 has been applied.
  • the first radiation exit surface 2 a In the middle of the resonator formed by the resonator 24 is the first radiation exit surface 2 a, through which electromagnetic radiation can leave the pumping device 2 in operation.
  • a solder layer 27 is applied like a frame around the first radiation exit surface 2 a.
  • the solder layer 27 is in direct contact with the p-contact layer 26.
  • the surface-emitting semiconductor laser chip 1 comprises a second radiation exit surface 1 a, through which in the second radiation-generating layer 11 generated electromagnetic radiation leaves the optoelectronic component.
  • the component comprises a pump device 2 and a surface-emitting semiconductor laser chip 1.
  • the optoelectronic component is shown in an enlarged detail.
  • the component comprises the first radiation-generating layer 21 as well as a decoupling region 25 on the upper side 2b of the pumping device 2.
  • a gap 6 is arranged in the region of the decoupling structure 25 which is filled with a material having a refractive index ⁇ 2 having.
  • the gap 6 is filled with air.
  • the distance between the pump device 2 and the surface-emitting semiconductor laser chip 1 is set by the height of the p-contact layer 26 and the solder layer 27.
  • the width of the optoelectronic component formed in this way is, for example, between 850 ⁇ m and 950 ⁇ m, preferably 900 ⁇ m, in the lateral direction.
  • the height is preferably between 100 ⁇ m and 130 ⁇ m, for example 115 ⁇ m.
  • the first radiation exit surface 2 a preferably has a diameter of at least 40 ⁇ m and at most 500 ⁇ m.
  • the diameter is between 100 .mu.m and 150 .mu.m, preferably between 70 .mu.m and 130 .mu.m.
  • the thickness of the surface emitting semiconductor laser chip 1 is preferably at least 6 ⁇ m and at most 10 ⁇ m, for example 8 ⁇ m.
  • the thickness of the solder layer 27 is preferably between 1.5 ⁇ m and 2.5 ⁇ m, for example 2 ⁇ m.
  • the thickness of the p-contact layer is preferably about 1 ⁇ m.
  • the surface-emitting semiconductor laser chip comprises the following layer sequence: A passivation layer 8, which faces the first radiation exit surface 2 a. Following the passivation layer 8, on its side facing away from the first radiation exit surface 2 a, an etching stop layer 9 is arranged. The etching stop layer 9 is arranged between the passivation layer 8 and the reflective layer sequence 14, which is formed, for example, by a Bragg mirror.
  • FIGS. 4A and 4B show, by means of schematic sectional representations, two exemplary embodiments of a pump device 2, as can be used in an optoelectronic component described here.
  • the decoupling region 25 is formed by a surface grating 251 of order 2.
  • the decoupling region 25 is formed by oblique, for example, dry etched reflectors, which are formed by semiconductor layers which extend at an angle not equal to 90 ° to the first radiation-generating layer 21.
  • the resonator may be divided by the reflectors 252 so that the pumping device comprises two independent laser resonators.
  • Reflectors 252 only part of the laser resonator just formed by the reflectors 24 electromagnetic radiation is coupled out, so that the pumping device 1 has a single laser resonator.
  • the reflective layer sequence 14 can be modified with the aid of the passivation layer 8 and the etch stop layer 9 such that electromagnetic pump radiation 7 from the pump device 2 passes through the reflective layer sequence 14 to the second radiation-generating layer Layer 11 can get.
  • Passivation layer 8 is formed from a silicon nitride.
  • the etching stopper layer 9 is formed of, for example, InGaP.
  • the etching stop layer 9 is used for separating a growth substrate from the epitaxially grown layers of the surface emitting semiconductor laser chip 1. It has now been shown that for certain thickness combinations of the passivation layer 8 and the etch stop layer 9, the reflective layer sequence for electromagnetic radiation 7 are made transparent from the pump device 2 can.
  • FIG. 5A schematically shows the refractive index profile of the layers of the surface-emitting semiconductor laser chip 1 plotted against the optical distance.
  • FIG. 5B shows the reflectivity for electromagnetic radiation of a wavelength of 808 nm depending on the thickness of the etching stop layer 9 and the thickness of the passivation layer 8. As indicated by the arrow, the reflectivity for the pump radiation 7 without the passivation layer 8 is> 15%.
  • FIG. 5C plots the reflectivity for the pump radiation 7 at a thickness of the etching stop layer of 160 nm as a function of the wavelength of the pump radiation 7 and the thickness of the passivation layer 8. It can be seen that in this exemplary embodiment, for a thickness of the passivation layer of 100 nm, the reflectivity of the Bragg mirror for the pump light becomes almost zero, largely independent of the wavelength of the pump light.
  • FIG. 6 shows a plot of the reflectivity for the pump radiation 7 against the wavelength of the pump radiation.
  • the curve A shows the reflectivity without passivation layer 8 at a thickness of the etching stop layer of 160 nm
  • Figure B shows the reflectivity for a thickness of the passivation layer 8 of 100 nm at a thickness of the etching stop layer 9 of 160 nm.
  • the figure 6 is included can be seen that in the range between 800 and 830 nm, the wavelength of the pump radiation 7 hardly a dependence of
  • the pumping light can thus for the mentioned thickness combination of passivation layer 8 and etch stop layer 9 so particularly unhindered in the second radiation-generating layer 11 of the surface-emitting
  • Penetrating semiconductor laser chips 1 The invention is not limited by the description based on the embodiments of these. Rather, the invention encompasses any novel feature as well as any combination of features, including in particular any combination of features in the claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the patent claims or exemplary embodiments.

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Abstract

Es wird ein optoelektronisches Bauteil angegeben, mit - einer optischen Pumpvorrichtung (2), die eine erste strahlungserzeugende Schicht (21) und eine erste Strahlungsaustrittsfläche (2a) an der Oberseite (2b) der Pumpvorrichtung (2) umfasst, wobei im Betrieb der Pumpvorrichtung (2) erzeugte elektromagnetische Strahlung (7) quer, insbesondere zumindest teilweise nicht senkrecht, zur ersten strahlungserzeugenden Schicht (21) durch die erste Strahlungsaustrittsfläche (2a) aus der Pumpvorrichtung (2) ausgekoppelt wird, und - einem oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip (1) mit einer reflektierenden Schichtenfolge (14), insbesondere einem Bragg-Spiegel, und einer zweiten strahlungserzeugenden Schicht (11), wobei - der oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip (1) an der Oberseite (2b) der Pumpvorrichtung (2) befestigt ist, und - die reflektierende Schichtenfolge (14) zwischen der ersten Strahlungsaustrittsfläche (2a) und der zweiten strahlungserzeugenden Schicht (11) angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Optoelektronisches Bauteil
Es wird ein optoelektronisches Bauteil angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils angegeben.
Die Druckschrift US 2002/0001328 beschreibt ein optoelektronisches Bauteil.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Bauteil anzugeben, das besonders einfach herstellbar ist. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, eine besonders kompakte Laser-Lichtquelle anzugeben. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein solches vereinfachtes Herstellungsverfahren anzugeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils umfasst das optoelektronische Bauteil eine optische Pumpvorrichtung. Bei der optischen Pumpvorrichtung handelt es sich beispielsweise um einen Halbleiterlaser. Die optische Pumpvorrichtung umfasst vorzugsweise eine erste Strahlungserzeugende Schicht des Bauteils . In der ersten Strahlungserzeugenden Schicht wird im Betrieb der optischen Pumpvorrichtung elektromagnetische Strahlung erzeugt. Beispielsweise wird die optische Pumpvorrichtung dabei elektrisch gepumpt. Das heißt, im Betrieb der optischen Pumpvorrichtung wird diese mit elektrischem Strom betrieben, wodurch in der ersten Strahlungserzeugenden Schicht elektromagnetische Strahlung erzeugt wird. Die optische Pumpvorrichtung umfasst zum Auskoppeln der in der Strahlungserzeugenden Schicht erzeugten elektromagnetischen Strahlung eine Strahlungsaustrittsfläche. Die Strahlungsaustrittsfläche befindet sich vorzugsweise an einer Oberseite der Pumpvorrichtung. Beispielsweise ist die Strahlungsaustrittsfläche durch einen Teil der Außenfläche der Pumpvorrichtüng an ihrer Oberseite gegeben. Die Strahlungsaustrittsfläche verläuft dabei zum Beispiel parallel oder im Rahmen der Herstellungstoleranz zumindest im Wesentlichen parallel zur ersten Strahlungserzeugenden
Schicht. Das heißt, im Betrieb der Pumpvorrichtung wird die in der ersten Strahlungserzeugenden Schicht erzeugte elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise quer zur Strahlungserzeugenden Schicht durch die Strahlungsaustrittsfläche aus der Pumpvorrichtung ausgekoppelt. „Quer" kann dabei heißen, dass die elektromagnetische Strahlung unter einem Winkel ungleich 90° zur Haupterstreckungsebene der strahlungserzeugenden Schicht durch die Strahlungsaustrittsfläche aus der Pumpvorrichtung ausgekoppelt wird. Ein Teil der derart ausgekoppelten
Strahlung kann dabei senkrecht zur Strahlungsaustrittsflache verlaufen.
Bei der Strahlungsaustrittsfläche der optischen Pumpvorrichtung handelt es sich dabei nicht zwangsläufig um eine tatsächlich in der Pumpvorrichtung vorhandene Fläche, es kann sich vielmehr auch um eine gedachte Fläche handeln, welche parallel zur Strahlungserzeugenden Schicht verläuft und durch welche die von der Pumpvorrichtung im Betrieb ausgestrahlte elektromagnetische Strahlung tritt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils umfasst das optoelektronische Bauteil einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip mit einer reflektierenden Schichtenfolge und einer zweiten Strahlungserzeugenden Schicht des Bauteils. Der oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip umfasst eine Strahlungsaustrittsfläche, welche vorzugsweise parallel oder im Rahmen der Herstellungstoleranz im Wesentlichen parallel zur zweiten Strahlungserzeugenden Schicht sowie zur reflektierenden Schichtenfolge verläuft. Die zweite strahlungserzeugende Schicht ist optisch pumpbar ausgebildet, so dass die zweite Strahlungserzeugende Schicht durch in der ersten Strahlungserzeugenden Schicht des Bauteils im Betrieb der Pumpvorrichtung erzeugte elektromagnetische Strahlung gepumpt werden kann.
Bei der reflektierenden Schichtenfolge handelt es sich vorzugsweise um einen Schichtstapel aus Schichten mit abwechselnd hohem und niedrigem Brechungsindex. Beispielsweise handelt es sich bei der reflektierenden Schichtenfolge im Folgenden um einen Bragg-Spiegel . Die reflektierende Schichtenfolge ist für im oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip erzeugte elektromagnetische Strahlung reflektierend ausgebildet. Für elektromagnetische Strahlung anderer Wellenlängen kann sie durchlässig sein.
Bei dem Halbleiterlaserchip handelt es sich um einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip, das heißt ein Resonator des Halbleiterlaserchips ist derart angeordnet, dass sich die zweite Strahlungsaustrittsfläche des Bauteils, das heißt die Strahlungsaustrittsflache des
Halbleiterlaserchips, im Resonator befindet oder selbst einen Teil des Resonatorspiegels des Halbleiterlaserchips bildet. Beispielsweise befindet sich die Strahlungsaustrittsfläche an der Oberseite oder der Unterseite des Halbleiterlaserchips . Der Resonator kann durch die reflektierende Schichtenfolge und einen externen Resonatorspiegel gebildet sein, wobei sich die Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterlaserchips dann zwischen der reflektierenden Schichtenfolge und dem externen Resonatorspiegel befindet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist der oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip an der Oberseite der Pumpvorrichtung befestigt. Das heißt, der Halbleiterlaserchip ist an der Oberseite der Pumpvorrichtung auf diese aufgebracht und mechanisch mit dieser verbunden. „Befestigt" heißt dabei auch, dass der Halbleiterlaserchip als eigenständiges Bauteil auf die Pumpvorrichtung aufgebracht ist. Das bedeutet, der
Halbleiterlaserchip und die Pumpvorrichtung sind nicht monolithisch miteinander integriert. Halbleiterlaserchip und Pumpvorrichtung sind also nicht epitaktisch aufeinander abgeschieden, sondern Pumpvorrichtung und Halbleiterlaserchip werden separat voneinander gefertigt, und anschließend miteinander verbunden, so dass der oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip an der Oberseite der Pumpvorrichtung befestigt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist die reflektierende Schichtenfolge zwischen der ersten Strahlungsaustrittsfläche und der zweiten Strahlungserzeugenden Schicht angeordnet. Das heißt, der oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip ist beispielsweise an der Oberseite der Pumpvorrichtung befestigt. An der Oberseite der Pumpvorrichtung befindet sich auch die Strahlungsaustrittsfläche der Pumpvorrichtung, so dass in der Pumpvorrichtung erzeugte elektromagnetische Strahlung zunächst durch die reflektierende Schichtenfolge des oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips tritt, bevor sie in die zweite Strahlungserzeugende Schicht gelangt, welche durch die elektromagnetische Strahlung optisch gepumpt wird .
Mit anderen Worten, muss die Pumpstrahlung der optischen Pumpvorrichtung zunächst durch einen Resonatorspiegel des oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips treten, um in die zweite Strahlungserzeugende Schicht zu gelangen, welche mit der elektromagnetischen Strahlung dann optisch gepumpt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils umfasst das optoelektronische Bauteil eine optische Pumpvorrichtung, die eine erste strahlungserzeugende Schicht und eine Strahlungsaustrittsfläche an der Oberseite der Pumpvorrichtung umfasst, wobei im Betrieb der Pumpvorrichtung erzeugte elektromagnetische Strahlung quer zur ersten Strahlungserzeugenden Schicht durch die
Strahlungsaustrittsfläche aus der Pumpvorrichtung ausgekoppelt wird. Ferner umfasst das optoelektronische Bauteil gemäß dieser Ausführungsform einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip mit einer reflektierenden Schichtenfolge und einer zweiten Strahlungserzeugenden Schicht, wobei der oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip an der Oberseite der Pumpvorrichtung befestigt ist und die reflektierende Schichtenfolge zwischen der Strahlungsaustrittsfläche und der zweiten Strahlungserzeugenden Schicht angeordnet ist.
Bei einem derartigen optoelektronischen Bauteil ist es möglich, Pumpvorrichtung und oberflächenemittierenden - S -
Halbleiterchip getrennt voneinander zu fertigen. Auf diese Weise kann jedes der beiden einzelnen optisch aktiven Elemente des optoelektronischen Bauteils mit dem für das jeweilige Element am besten geeigneten Herstellungsverfahren 5 gefertigt werden. Bei einem optoelektronischen Bauteil, bei dem optische Pumpvorrichtung und oberflächenemittierender Halbleiterlaserchip beispielsweise monolithisch miteinander integriert sind, das heißt beispielsweise epitaktisch direkt
■ - aufeinander abgeschieden sind, muss hingegen stets ein
10 Kompromiss gefunden werden, so dass keines der beiden
Elemente auf die bestmögliche Art hergestellt werden kann. Zwar bietet die monolithische Integration von Pumpvorrichtung und oberflächenemittierenden Halbleiterlaser große Vorteile bezüglich der Montage des derart hergestellten Moduls und
15 erlaubt eine deutliche Verringerung der Größe des derart hergestellten Moduls, allerdings erfordert ein solcher monolithisch integrierter oberflächenemittierender Halbleiterlaser sehr komplexe Halbleiterschichtstrukturen und Kompromisse bezüglich der Leistungsfähigkeit der Komponenten
20 Pumpvorrichtung und oberflächenemittierender Halbleiterlaser. Darüber hinaus erschwert ein in den Resonator des oberflächenemittierenden Halbleiterlasers integrierter Pumplaser die Kontrolle der Resonatorlänge und damit die Einstellung einer definierten Emissionswellenlänge.
25
Das hier beschriebene optoelektronische Bauteil beruht daher unter anderem auf der Erkenntnis, dass eine getrennte Herstellung von optischer Pumpvorrichtung und oberflächenemittierendem Halbleiterlaserchip eine besonderes
30 effiziente Herstellung beider Elemente sowie eine besonders genaue Einstellung der Emissionswellenlänge des oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips erlaubt. _ Y _
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist die Pumpvorrichtung durch einen elektrisch gepumpten Halbleiterlaserchip gebildet, wobei zwei Resonatorspiegel die erste strahlungserzeugende Schicht in einer lateralen Richtung begrenzen. Das heißt, die erste Strahlungserzeugende Schicht wird seitlich von zwei Resonatorspiegeln begrenzt. Die Resonatorspiegel sind beispielsweise durch Seitenflächen der Pumpvorrichtung gebildet. Beide Seitenflächen sind dann derart reflektierend ausgebildet, dass durch sie keine oder kaum elektromagnetische Strahlung nach außen treten kann. Die strahlungserzeugende Schicht ist vorzugsweise zumindest stellenweise senkrecht zu den Resonatorspiegeln angeordnet. Bei der Pumpvorrichtung handelt es sich daher - vom prinzipiellen Aufbau her - um einen kantenemittierenden
Halbleiterlaserchip, wobei jedoch durch die Kanten, das heißt beispielsweise durch einen der Resonatorspiegel, keine elektromagnetische Strahlung ausgekoppelt wird. Vielmehr umfasst die Pumpvorrichtung vorzugsweise eine Auskoppelstruktur, welche zwischen den Resonatorspiegeln, zum
Beispiel in der Mitte des Resonators, angeordnet ist. Das heißt, die Auskoppelstruktur befindet sich zwischen den Resonatorspiegeln, beispielsweise in einer Mitte der Pumpvorrichtung. Im durch die Resonatorspiegel gebildeten Resonator läuft Laserstrahlung um, welche in der ersten
Strahlungserzeugenden Schicht verstärkt wird. Mit Hilfe der Auskoppelstruktur wird ein Teil dieser Laserstrahlung durch die Strahlungsaustrittsfläche der Pumpvorrichtung, welche an der Oberseite der Pumpvorrichtung angeordnet ist, ausgekoppelt .
Ferner ist es möglich, dass die Auskoppelstruktur selbst einen Resonatorspiegel bildet und die Pumpvorrichtung damit _ p
zumindest zwei Resonatoren aufweist, die jeweils durch einen der Resonatorspiegel und die Auskoppelstruktur begrenzt werden .
Die Resonatorspiegel sind beispielsweise durch Ätzen des Halbleiterkörpers der Pumpvorrichtung erzeugt . Bei den Resonatorspiegeln kann es sich um so genannte Retroreflektoren handeln. Das heißt zur Reflexion wird vom Resonator die interne Totalreflexion anstelle der Fresnel- Reflexion genutzt. Beispielsweise sind solche Resonatorspiegel in der Druckschrift WO 2005/048423 für ein anderes optoelektronisches Bauteil beschrieben. Diese Druckschrift wird daher hinsichtlich der Ausbildung der Resonatorspiegel hiermit ausdrücklich durch Rückbezug aufgenommen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist die Pumpvorrichtung durch einen Halbleiterlaser gebildet, der zwei Resonatorspiegel umfasst, welche den Resonator des Lasers bilden. Die erste strahlungserzeugende
Schicht verläuft dabei senkrecht zu den Resonatorspiegeln. Die Pumpvorrichtung umfasst darüber hinaus eine Auskoppelstruktur, welche zwischen den Resonatorspiegeln angeordnet ist und elektromagnetische Strahlung quer zur Strahlungserzeugenden Schicht, teilweise beispielsweise senkrecht zur Strahlungserzeugenden Schicht, aus der Pumpvorrichtung auskoppelt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist eine elektrisch leitende KontaktSchicht zum
Betreiben der Pumpvorrichtung zwischen der Pumpvorrichtung und dem oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip angeordnet. Bei der elektrisch leitenden Kontaktschicht handelt es sich beispielsweise um eine Metallisierung, welche an der Oberseite der Pumpvorrichtung aufgebracht ist. Mittels der elektrisch leitenden Kontaktschicht kann die Pumpvorrichtung dann zum Beispiel p-seitig elektrisch kontaktierbar sein. Vorzugsweise besteht die elektrisch leitende Kontaktschicht aus einem gut wärmeleitenden Metall wie beispielsweise Silber oder Gold. Die elektrisch leitende Kontaktschicht kann dann, aufgrund ihrer Anordnung zwischen Pumpvorrichtung und oberflächenemittierendem Halbleiterlaserchip, neben ihren elektrischen Eigenschaften auch zur Ableitung von Wärme aus dem oberflächenemittierenden Halbleiterchip dienen. Das heißt, im Betrieb des oberflächenemittierenden Halbleiterchips erzeugte Wärme kann durch die an der Oberseite der Pumpvorrichtung angebrachte elektrisch leitende Kontaktschicht auf eine größere Fläche verteilt werden und an die Umgebung abgegeben werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist zwischen der Pumpvorrichtung und dem oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip eine Lotschicht angeordnet, mittels der die Pumpvorrichtung und der oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip mechanisch miteinander verbunden sind. Die Lotschicht ist vorzugsweise mit einem Lotmetall gebildet. Die Lotschicht kann beispielsweise auf der elektrisch leitenden KontaktSchicht zum Betreiben der Pumpvorrichtung angeordnet sein. Wärme, die vom oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip im Betrieb erzeugt wird, wird dann über die Lotschicht zur Kontaktschicht abgeführt. Darüber hinaus ist über die Höhe der elektrisch leitenden Kontaktschicht und die Höhe der
Lotschicht der Abstand zwischen der Pumpvorrichtung und dem oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip einstellbar. Auf diese Weise kann der Abstand derart gewählt werden, dass ein optimales Pumpen der zweiten Strahlungserzeugenden Schicht durch elektromagnetische Strahlung aus der ersten Strahlungserzeugenden Schicht möglich ist.
Das Pumpen des oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips erfolgt dabei vorzugsweise über so genanntes Barriere-Pumpen, bei dem die Pumpstrahlung in Barriere-Schichten zwischen Quantentöpfen in der zweiten Strahlungserzeugenden Schicht absorbiert wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils weist der oberflächenemittierende
Halbleiterlaserchip an seiner der Pumpvorrichtung zugewandten Seite folgende Schichtenfolge auf: Eine Passivierungsschicht , eine Ätzstoppschicht, die reflektierende Schichtenfolge. Dabei ist die Passivierungsschicht der Pumpvorrichtung vorzugsweise zugewandt und die Ätzstoppschicht ist zwischen der Passivierungsschicht und der reflektierenden Schichtenfolge angeordnet. Beispielsweise ergibt sich dann an der der Oberseite der Pumpvorrichtung zugewandten Unterseite des oberflächenemittierenden Halbleiterchips von der Pumpvorrichtung aus gesehen folgende Schichtenfolge : Passivierungsschicht, Ätzstoppschicht, reflektierende Schichtenfolge. Die Schichten können dabei direkt aufeinander angeordnet sein, so dass sich keine anderen Schichten zwischen diesen Schichten befinden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist die Passivierungsschicht mit einem Dielektrikum, zum Beispiel Siliziumnitrid gebildet oder besteht aus einem
Dielektrikum, zum Beispiel Siliziumnitrid. Die Passivierungsschicht weist dann elektrisch isolierende Eigenschaften auf, so dass über beispielsweise die elektrisch leitende Kontaktschicht und die Lotschicht zwischen Pumpvorrichtung und oberflächenemittierendem Halbleiterlaserchip kein elektrischer Strom in den oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip eingeprägt werden kann. Die Passivierungsschicht kann dabei direkt an die Lotschicht grenzen, so dass sich zwischen Pumpvorrichtung und oberflächenemittierendem Halbleiterlaserchip folgende Abfolge ergibt: Elektrisch leitende Kontaktschicht, Lotschicht , Passivierungsschicht .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist die Ätzstoppschicht mit InGaP gebildet oder besteht aus diesem Material. Die Ätzstoppschicht dient beispielsweise als Stoppschicht zum Ablösen eines Aufwachssubstrats von den epitaktisch gewachsenen Schichten des oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips . Nach dem Ablösen des Aufwachssubstrats kann an die Stelle des Aufwachssubstrats die Passivierungsschicht auf die Ätzstoppschicht aufgebracht, beispielsweise aufgesputtert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist die Schichtenfolge aus Passivierungsschicht und Ätzstoppschicht sowie reflektierender Schichtenfolge derart gewählt, dass sich für aus der Pumpvorrichtung ausgekoppelte elektromagnetische Strahlung eine Durchlässigkeit von mehr als 85 %, vorzugsweise von wenigstens 90 %, besonders bevorzugt von wenigstens 98 % aufweist.
Eine derart hohe Durchlässigkeit für aus der Pumpvorrichtung ausgekoppelte elektromagnetische Strahlung lässt sich durch geeignete Wahl der Materialien sowie der Dicken von Passivierungsschicht und Ätzstoppschicht erreichen. Beispiele für eine geeignete Materialwahl sowie für geeignete Dicken der benannten Schichten sind weiter unten angegeben. Mit einer derartigen Schichtenfolge aus Passivierungsschicht , Ätzstoppschicht und reflektierender Schichtenfolge ist es möglich, den oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip durch die reflektierende Schichtenfolge hindurch optisch zu pumpen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils umschließt die Lotschicht die
Strahlungsaustrittsfläche der Pumpvorrichtung rahmenartig. Das heißt, die Lotschicht ist als eine Bahn aus Lotmaterial um die Strahlungsaustrittsfläche der Pumpvorrichtung herum geführt. „Rahmenartig" bezieht sich dabei nicht auf die Geometrie' der Lotschicht, das heißt die Lotschicht muss nicht zwangsläufig nach Art eines Rechtecks ausgebildet sein, sie kann beispielsweise auch eine runde oder eine ovale Form aufweisen. Durch das Herumführen der Lotschicht um die Strahlungsaustrittsfläche der Pumpvorrichtung ist eine besonders großflächige Verbindung zwischen Pumpvorrichtung und oberflächenemittierendem Halbleiterlaserchip gegeben, was die mechanische Stabilität des optoelektronischen Bauteils weiter erhöht .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils ist zwischen der Strahlungsaustrittsfläche der Pumpvorrichtung und dem oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip ein Spalt angeordnet, der mit einem Material befüllt ist, dessen Brechungsindex < 2,0 ist. Beispielsweise kann dieser Spalt mit Luft gefüllt sein. Die Dicke des Spalts bestimmt den Abstand zwischen oberflächenemittierendem Halbleiterlaserchip und Pumpvorrichtung. Aufgrund des Spaltes zwischen Strahlungsaustrittsfläche und oberflächenemittierendem Halbleiterlaserchip, der mit einem Material befüllt ist, dessen Brechungsindex < 2,0 ist, kann sich aufgrund des Brechungsindexsprungs beim Austritt von elektromagnetischer Strahlung aus der Pumpvorrichtung zum Spalt hin sowie beim Eintritt von elektromagnetischer Strahlung vom Spalt in den oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip eine verbesserte Einkoppelung von elektromagnetischer Strahlung ergeben.
Es wird darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils angegeben. Mittels dem Verfahren kann vorzugsweise ein optoelektronisches Bauteil gemäß zumindest einer der vorherigen Ausführungsformen hergestellt werden. Das heißt, sämtliche in Verbindung mit dem optoelektronischen Bauteil beschriebenen Merkmale sind auch für das Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen Bauteils offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt, bei dem eine Vielzahl von Pumpvorrichtungen,' die in einer ersten Scheibe als Verbund vorliegen, bereitgestellt werden, wobei an der Oberseite einer jeden Pumpvorrichtung eine Strahlungsaustrittsfläche vorgesehen ist. Die Pumpvorrichtungen liegen vorzugsweise im Wafer-Verbund vor. Dazu werden die Pumpvorrichtungen beispielsweise auf ein Aufwachssubstrat epitaktisch abgeschieden.
Mittels einem Strukturierungsverfahren, wie zum Beispiel einem Ätzprozess, werden Resonatorspiegel in der Scheibe mit der Vielzahl von Pumpvorrichtungen erzeugt. Durch das Erzeugen von Resonatorspiegeln werden einzelne Putnpvorrichtungen in der Scheibe definiert. Anschließend oder vor dem Erzeugen der Resonatorspiegel wird eine Auskoppelstruktur erzeugt, mittels der elektromagnetische Strahlung durch die Strahlungsaustrittsfläche aus der Pumpvorrichtung austreten kann. Vorzugsweise wird für jede Pumpvorrichtung genau eine Auskoppelstruktur erzeugt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils umfasst das Verfahren einen Schritt, bei dem eine Vielzahl von oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips bereit gestellt wird, die in einer zweiten Scheibe als Verbund vorliegen. Das heißt, _auch die oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips sind beispielsweise auf ein gemeinsames Aufwachssubstrat oder einen Träger aufgebracht. Vorzugsweise entspricht die Zahl der oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips der Zahl der Pumpvorrichtungen. Das bedeutet, im Verlauf des Herstellungsverfahrens kann jeder Pumpvorrichtung ein oberflächenemittierender Halbleiterlaserchip eindeutig zugeordnet werden .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt, bei dem erste und zweite Scheibe derart miteinander verbunden werden, dass die Oberseiten der Pumpvorrichtungen den oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips zugewandt sind. Das Verbinden der ersten und zweiten Scheibe kann dabei mittels eines Wafer- Bondprozesses stattfinden. Zum Beispiel wird Lotmaterial, welches zwischen den Oberseiten der Pumpvorrichtungen und den oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips angeordnet ist, mittels Laserstrahlung, welche durch die Pumpvorrichtungen oder/und die oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips auf das Lotmaterial gerichtet wird, verlötet. Alternativ kann das Verbinden mittels Thermokompression erfolgen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen Bauteils einen Verfahrensschritt, bei dem die verbundenen Scheiben mit Pumpvorrichtungen und oberflächenemittierenden
Halbleiterlaserchips zu einzelnen optoelektronischen Bauteilen vereinzelt werden. Das bedeutet, die verbundenen Scheiben umfassen zunächst eine Vielzahl von optoelektronischen Bauteilen, bei denen jedes Bauteil eine Pumpvorrichtung und einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip umfasst. Mittels Vereinzeln, beispielsweise entlang eines Zwischenraums zwischen zwei Resonatorspiegeln benachbarter Pumpvorrichtungen, wird der Verbund der Scheiben zu einzelnen optoelektronischen Bauteilen zertrennt. Dies kann beispielsweise durch Sägen, Brechen oder Laserschneiden geschehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils die folgenden Schritte:
- Bereitstellen einer Vielzahl von Pumpvorrichtungen, die in einer ersten Scheibe als Verbund vorliegen, wobei an der Oberseite einer jeden Pumpvorrichtung eine Strahlungsaustrittsflache vorgesehen ist, - Bereitstellen einer Vielzahl von oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips, die in einer zweiten Scheibe als Verbund vorliegen,
- Verbinden von erster und zweiter Scheibe, derart, dass die Oberseiten der Pumpvorrichtungen den oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips zugewandt sind, und
- Vereinzeln der verbundenen Scheiben zu einzelnen optoelektronischen Bauteilen. Mit Hilfe des hier beschriebenen Verfahrens lässt sich eine Vielzahl von optoelektronischen Bauteilen auf besonders einfache Art und Weise herstellen. Die optoelektronischen Bauteile setzen sich dabei jeweils aus separat gefertigten Pumpvorrichtungen und oberflächeneraittierenden
Halbleiterlaserchips zusammen. Auf diese Weise können die Pumpvorrichtungen und die oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips jeweils in der für das einzelne Bauelement optimalen Weise gefertigt werden, ohne auf die Herstellung des jeweilig anderen Bauelements Rücksicht nehmen zu müssen. Die Pumpvorrichtungen umfassen dabei eine Strahlungsaustrittsfläche, welche senkrecht oder zumindest quer zur Oberfläche der Scheibe, in der sich die Vielzahl der Pumpvorrichtungen befinden, abstrahlen kann. Das heißt, die Strahlungsaustrittsflächen der Pumpvorrichtungen sind jeweils an der Oberseite der Scheibe angeordnet.
Aufgrund der Tatsache, dass die Pumpvorrichtungen und die oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips getrennt voneinander gefertigt werden, muss im Betrieb des fertig gestellten optoelektronischen Bauteils keine Stromleitung durch den oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip hindurch erfolgen. Aus diesem Grund kann die reflektierende Schichtenfolge eines jeden oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips undotiert ausgeführt werden. Auf diese Weise können optische Verluste aufgrund einer Dotierung vermieden werden.
Zum Verbinden der Vielzahl von Pumpvorrichtungen mit der Vielzahl von oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips kommt beispielsweise ein Lötprozess zum Einsatz. Das heißt, erste und zweite Scheibe werden beispielsweise miteinander verlötet . Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird zum Bereitstellen der Vielzahl von Pumpvorrichtungen zunächst eine Halbleiterlaserstruktur umfassend eine erste Strahlungserzeugende Schicht auf einem Aufwachssubstrat epitaktisch abgeschieden und anschließend in der Halbleiterlaserstruktur mittels Ätzen eine Vielzahl von Resonatorspiegeln erzeugt. Das heißt, die Pumpvorrichtungen werden gemeinsam in einem Wafer gefertigt. Die Definition der einzelnen Pumpvorrichtungen erfolgt durch Ätzen der
Resonatorspiegel noch auf dem Aufwachssubstrat . Bei den Resonatorspiegeln handelt es sich daher um geätzte Spiegel. Mit Vorteil kann auf diese Weise eine Vielzahl von Pumpvorrichtungen erzeugt werden, welche jeweils eine erste Strahlungserzeugende Schicht umfassen, die bei jeder
Pumpvorrichtung denselben Aufbau aufweist wie bei den anderen Pumpvorrichtungen des Scheibenverbunds .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird zur Definition der Strahlungsaustrittsfläche der Vielzahl von Pumpvorrichtungen zwischen je zwei Resonatorspiegeln eine Auskoppelstruktur erzeugt. Die Erzeugung der Auskoppelstruktur kann beispielsweise durch das Herstellen von schrägen Reflektoren erfolgen, welche einen Teil der erzeugten elektromagnetischen Strahlung zur Strahlungsaustrittsfläche hin reflektieren.
Darüber hinaus ist das Erzeugen einer Auskoppelstruktur auch durch Veränderung des Brechungsindex der Halbleiterlaserstruktur einer jeden Pumpvorrichtung unterhalb der Strahlungsaustrittsfläche möglich. Dies kann beispielsweise durch ein Gitter zweiter Ordnung oder durch Koppelprinzipien wie beispielsweise Stosskopplung mit Luftspalt erfolgen.
Ein Brechungsindex-Gitter im optischen Feld eines Wellenleiters führt zu Teilreflexionen der sich ausbreitenden elektromagnetischen Welle an Unstetigkeitsstellen - zum Beispiel einem Bragg-Reflektor . In vielen Anwendungen wird dabei ein Gitter erster Ordnung verwendet, bei dem eine hinlaufende Welle in die zurückreflektierte Welle teilreflektiert wird - zum Beispiel bei einem DFB- oder DBR- Laser. Bei einem Gitter zweiter Ordnung erfolgt die Teilreflexion senkrecht zur ursprünglichen Ausbreitungsrichtung und daher kann ein solches Gitter zweiter Ordnung zur Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung quer zur Ausbreitungsrichtung verwendet werden.
Im Folgenden wird das hier beschriebene optoelektronische Bauteil sowie das hier beschriebene Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils mittels Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert .
Die Figuren IA bis IH zeigen anhand schematischer
Schnittdarstellungen Verfahrensschritte eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen
Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils .
Die Figur II zeigt anhand einer schematischen Schnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauteils . Die Figuren 2A bis 2C zeigen anhand schematischer
Draufsichten ein zweites Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils .
Die Figur 3A zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauteils .
Die Figur 3B zeigt anhand einer schematischen
Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel eines oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauteils .
Die Figuren 4A und 4B zeigen in schematischen
Schnittdarstellungen Ausführungsbeispiele einer Pumpvorrichtung für ein Ausführungsbeispiel eines . hier beschriebenen optoelektronischen Bauteils.
Die Figuren 5A bis C und 6 zeigen anhand schematischer
Auftragungen Möglichkeiten zur Bestimmung von Parametern, für eine für Pumpstrahlung durchlässige reflektierende Schichtenfolge.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein. Die schematischen Schnittdarstellungen der Figuren IA bis II zeigen Verfahrensschritte eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils. Das Bauteil wird dabei in Verbindung mit zumindest einer der oben aufgeführten Ausführungsformen beschrieben hergestellt.
Wie der Figur IA zu entnehmen ist, wird zunächst ein AufwachsSubstrat 23 bereitgestellt, auf dem eine Halbleiterschichtenfolge 22a, 22b, 21 epitaktisch abgeschieden wird. Die Halbleiterschichtenfolge umfasst beispielsweise eine erste Strahlungserzeugende Schicht 21, welche von einer n-dotierten Schicht 22b sowie einer p- dotierten Schicht 22a umgeben ist. Die Strahlungserzeugende Schicht 21 ist unter Bestromung zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung geeignet, welche im späteren optoelektronischen Bauteil als Pumpstrahlung für den oberflächenemittierenden Halbleiterchip 1 Verwendung findet.
Die Gesamtheit aus Aufwachssubstrat 23, n-dotierter Schicht
22A, p-dotierter Schicht 22B und erster strahlungserzeugender Schicht 21 bildet eine erste Scheibe 200, und damit den Ausgangswafer für das hier beschriebene Herstellungsverfahren.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt, siehe die Figur IB, werden mittels Ätzen Resonatorspiegel 24 erzeugt, welche die Strahlungsemittierende Schicht 21 lateral begrenzen. Die Resonatorspiegel 24 verlaufen dabei vorzugsweise senkrecht zur ersten Strahlungserzeugenden Schicht 21. Über das Erzeugen der Resonatorspiegel 24 werden einzelne Pumpvorrichtungen 2 definiert. In Verbindung mit der Figur IC ist ein weiterer Verfahrensschritt beschrieben, der beispielsweise nach dem Erzeugen der Resonatorspiegel 24 stattfindet. In diesem Verfahrensschritt wird eine Auskoppelstruktur 25 in jeder der Pumpvorrichtungen 2 erzeugt . Dies ist in der Figur IC lediglich schematisch dargestellt, die AuskoppelStrukturen 25 sind beispielhaft in den Figuren 4A und 4B näher erläutert.
In einem vierten Verfahrensschritt wird eine p-Kontaktschicht 26 auf die Oberseite 2b der Pumpvorrichtungen 2 aufgebracht. Dabei wird ein Austrittsfenster im Bereich der ersten Strahlungsaustrittsfläche 2a frei gelassen, in dem die Oberseite 2b der Pumpvorrichtung von der p-Kontaktschicht 26 unbedeckt bleibt . Auf die der Pumpvorrichtung 2 abgewandten Seite der p-Kontaktschicht 26 wird eine Lotschicht 27 aufgebracht .
In einem weiteren Verfahrensschritt, wie er schematisch in Verbindung mit der Figur IE gezeigt ist, wird eine zweite Scheibe 100 auf die erste Scheibe 200 aufgebracht. Die zweite Scheibe 100 umfasst eine Vielzahl oberflächenemittierender Halbleiterchips 1. Die oberflächenemittierenden Halbleiterchips 1 sind dabei noch im Verbund in der Scheibe angeordnet .
Die zweite Scheibe 100 umfasst beispielsweise ein Substrat 13, eine zweite strahlungserzeugende Schicht 11, welche auf das Substrat 13 aufgebracht ist, sowie eine reflektierende Schichtenfolge 14. An der der zweiten Strahlungserzeugenden Schicht 11 abgewandten Seite der reflektierenden
Schichtenfolge 14 kann ebenfalls eine Lotschicht 27 angeordnet sein, die strukturiert aufgebracht ist, derart, dass die Lotschicht 27 auf der zweiten Scheibe 100 und die Lotschicht 27 auf der ersten Scheibe 200 miteinander in Deckung und Kontakt gebracht werden können. Auf diese Weise können erste Scheibe 100 und zweite Scheibe 200 mittels eines Wafer-Bondprozesses zum Verbund von erster und zweiter Scheibe 300 mechanisch miteinander verbunden werden.
Im Bereich der Auskoppelstrukturen 25 sind erste Scheibe 200 und zweite Scheibe 100 jeweils frei von Kontaktschichten oder Lotschichten. Auf diese Weise kann elektromagnetische Strahlung aus den Pumpvorrichtungen 2 in den jeweils zugeordneten oberflächenemittierenden Halbleiterchip 1 gelangen.
In einem weiteren Verfahrensschritt, wie er in Verbindung mit der Figur IG schematisch beschrieben ist, wird das Substrat 13 der zweiten Scheibe 100 entfernt und durch Mesa-Ätzen werden einzelne oberflächenemittierende Halbleiterchips definiert .
Im nächsten Verfahrensschritt, Figur IH, wird auf die erste Scheibe, an ihrer den oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips 1 abgewandten Seite, eine n- Kontaktschicht 28 ganzflächig aufgebracht. Vorher kann das Substrat 23 noch gedünnt werden.
Im letzten Verfahrensschritt, Figur II, wird auch die erste Scheibe 200 in der Nähe der Resonatorspiegel 24 durchtrennt, so dass optoelektronische Bauteile mit jeweils genau einer Pumpvorrichtung 2 und genau einem oberflächenemittierenden Halbleiterchip 1 entstehen.
Ein einzelnes optoelektronisches Bauteil kann beispielsweise auf einen Anschlussträger, zum Beispiel eine Leiterplatte, aufgebracht werden und mittels der n-Kontaktschicht 28 und einem Drahtkontakt 4 elektrisch leitend mit dem Anschlussträger verbunden werden. Das optoelektronische Bauteil bildet dabei einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaser, wobei die optische Pumpvorrichtung 2 mittels über die Auskoppelstruktur 25 ausgekoppelte elektromagnetische Strahlung den oberflächenemittierenden Halbleiterchip optisch pumpt.
In den schematischen Draufsichten der Figuren 2A bis 2C sind Verfahrensschritte eines weiteren Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Herstellungsverfahrens näher erläutert. Wie aus der Figur 2A ersichtlich, können die Reflektorspiegel 24 durch so genannte Retroreflektoren gebildet sein. Die Figur 2A zeigt dabei eine schematische Draufsicht auf eine Pumpvorrichtung 2, bevor die Lotschicht 27 aufgebracht ist. In der Mitte des durch die Resonatorspiegel 24 gebildeten Resonators befindet sich die erste Strahlungsaustrittsfläche 2a, durch welche elektromagnetische Strahlung die Pumpvorrichtung 2 im Betrieb verlassen kann.
Nachfolgend, Figur 2B, wird eine Lotschicht 27 rahmenartig um die erste Strahlungsaustrittsfläche 2a aufgebracht. Die Lotschicht 27 befindet sich dabei in direktem Kontakt mit der p-Kontaktschicht 26.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird ein oberflächenemittierender Halbleiterlaserchip 1 auf die
LotSchicht 27 aufgebracht und damit mit der Pumpvorrichtung 2 verbunden. Der oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip 1 umfasst eine zweite Strahlungsaustrittsfläche Ia, durch welche in der zweiten Strahlungserzeugenden Schicht 11 erzeugte elektromagnetische Strahlung das optoelektronische Bauteil verlässt.
Anhand der Schnittdarstellung der Figur 3A ist ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauteils näher erläutert. Das Bauteil umfasst eine Pumpvorrichtung 2 sowie einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip 1. Im Bereich der Auskoppelstruktur 25 ist das optoelektronische Bauteil in einer Ausschnittsvergrößerung dargestellt. Das Bauteil umfasst die erste Strahlungserzeugende Schicht 21 sowie einen Auskoppelbereich 25 an der Oberseite 2b der Pumpvorrichtung 2. Zwischen Pumpvorrichtung 2 und oberflächenemittierendem Halbleiterchip 1 ist im Bereich der Auskoppelstruktur 25 ein Spalt 6 angeordnet, der mit einem Material befüllt ist, das einen Brechungsindex ≤ 2 aufweist. Beispielsweise ist der Spalt 6 mit Luft gefüllt . Der Abstand zwischen Pumpvorrichtung 2 und oberflächenemittierendem Halbleiterlaserchip 1 ist durch die Höhe der p-Kontaktschicht 26 sowie der Lotschicht 27 eingestellt.
Die Breite des derart gebildeten optoelektronischen Bauteils beträgt in lateraler Richtung beispielsweise zwischen 850 μm und 950 μm, vorzugsweise 900 μm. Die Höhe beträgt vorzugsweise zwischen 100 μm und 130 μm, beispielsweise 115 μm. Die erste Strahlungsaustrittsfläche 2a weist vorzugsweise einen Durchmesser von wenigstens 40 μm und höchstens 500 μm auf. Beispielsweise beträgt der Durchmesser zwischen 100 μm und 150 μm, vorzugsweise zwischen 70 μm und 130 μm. Die Dicke des oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips 1 beträgt vorzugsweise wenigstens 6 μm und höchstens 10 μm, beispielsweise 8 μm. Die Dicke der Lotschicht 27 beträgt vorzugsweise zwischen 1,5 μm und 2,5 μm, beispielsweise 2 μm. Die Dicke der p-KontaktSchicht beträgt vorzugsweise zirka 1 μm.
Wie der Figur 3B zu entnehmen ist, umfasst der oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip gemäß einem Ausführungsbeispiel folgende Schichtenfolge: Eine Passivierungsschicht 8, welche der ersten Strahlungsaustrittsfläche 2a zugewandt ist. Auf die Passivierungsschicht 8 folgend an ihrer der ersten Strahlungsaustrittsfläche 2a abgewandten Seite ist eine Ätzstoppschicht 9 angeordnet. Die Ätzstoppschicht 9 ist zwischen der Passivierungsschicht 8 und der reflektierenden Schichtenfolge 14, die beispielsweise durch einen Bragg- Spiegel gebildet ist, angeordnet.
Die Figuren 4A und 4B zeigen anhand schematischer Schnittdarstellungen zwei Ausführungsbeispiele einer Pumpvorrichtung 2, wie sie in einem hier beschriebenen optoelektronischen Bauteil zum Einsatz kommen kann. Beim Ausführungsbeispiel der Figur 4A ist der Auskoppelbereich 25 durch ein Oberflächengitter 251 der Ordnung 2 gebildet.
Beim Ausführungsbeispiel der Figur 4B ist der Auskoppelbereich 25 durch schräge, beispielsweise trocken geätzte Reflektoren gebildet, die durch Halbleiterschichten gebildet sind, welche in einem Winkel ungleich 90° zur ersten strahlungserzeugenden Schicht 21 verlaufen. Beispielsweise kann der Resonator durch die Reflektoren 252 geteilt sein, so dass die Pumpvorrichtung zwei unabhängige Laserresonatoren umfasst. Darüber hinaus ist es möglich, dass durch die
Reflektoren 252 lediglich ein Teil der eben durch die Reflektoren 24 gebildeten Laserresonator umlaufenden elektromagnetischen Strahlung ausgekoppelt wird, so dass die Pumpvorrichtung 1 einen einzigen Laserresonator aufweist.
In Verbindungen mit den Figuren 5A, 5B und 5C ist näher erläutert, wie die reflektierende Schichtenfolge 14 mit Hilfe der Passivierungsschicht 8 und der Ätzstoppschicht 9 derart modifiziert werden kann, dass elektromagnetische Pumpstrahlung 7 aus der Pumpvorrichtung 2 durch die reflektierende Schichtenfolge 14 hindurch zur zweiten strahlungserzeugenden Schicht 11 gelangen kann. Die
Passivierungsschicht 8 ist dabei aus einem Siliziumnitrid, gebildet. Die Ätzstoppschicht 9 ist beispielsweise aus InGaP gebildet. Die Ätzstoppschicht 9 dient für ein Abtrennen eines Aufwachssubstrates von den epitaktisch gewachsenen Schichten des oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips 1. Es hat sich nun gezeigt, dass für bestimmte Dickenkombinationen der Passivierungsschicht 8 und der Ätzstoppschicht 9 die reflektierende Schichtenfolge für elektromagnetische Strahlung 7 aus der Pumpvorrichtung 2 transparent gemacht werden kann.
Das heißt, der Anteil der Strahlung, welche reflektiert wird, ist dann besonders klein. Die Figur 5A zeigt schematisch den Brechungsindexverlauf der Schichten des oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips 1 aufgetragen gegen den optischen Abstand. Die Figur 5B zeigt die Reflektivität für elektromagnetische Strahlung einer Wellenlänge von 808 nm abhängig von der Dicke der Ätzstoppschicht 9 und der Dicke der Passivierungsschicht 8. Wie durch den Pfeil gekennzeichnet, ist die Reflektivität für die Pumpstrahlung 7 ohne die Passivierungsschicht 8 > 15 %. Durch eine geschickte Wahl der Dicke der Passivierungsschicht 8 und der Dicke der Ätzstoppschicht 9 kann eine hohe Transparenz der reflektierenden Schichtenfolge 14 erreicht werden. Günstige Kombinationen sind beispielsweise eine Dicke der Ätzstoppschicht von 30 nm bei einer Dicke der Passivierungsschicht 8 von 100 nm oder eine Dicke der Ätzstoppschicht 9 von 160 nm bei einer Dicke der Passivierungsschicht 8 von 100 nm.
In der Figur 5C ist die Reflektivität für die Pumpstrahlung 7 bei einer Dicke der Ätzstoppschicht von 160 nm in Abhängigkeit der Wellenlänge der Pumpstrahlung 7 sowie der Dicke der Passivierungsschicht 8 aufgetragen. Es zeigt sich, dass in diesem Ausführungsbeispiel für eine Dicke der Passivierungsschicht von 100 nm weitgehend unabhängig von der Wellenlänge des Pumplichts die Reflektivität des Bragg- Spiegels für das Pumplicht nahezu Null wird.
Die Figur 6 zeigt eine Auftragung der Reflektivität für die Pumpstrahlung 7 gegen die Wellenlänge der Pumpstrahlung. Die Kurve A zeigt dabei die Reflektivität ohne Passivierungsschicht 8 bei einer Dicke der Ätzstoppschicht von 160 nm, die Figur B zeigt die Reflektivität für eine Dicke der Passivierungsschicht 8 von 100 nm bei einer Dicke der Ätzstoppschicht 9 von 160 nm. Auch der Figur 6 ist dabei zu entnehmen, dass im Bereich zwischen 800 und 830 nm der Wellenlänge der Pumpstrahlung 7 kaum eine Abhängigkeit der
Reflektivität von der Wellenlänge des Pumplichts 7 feststellbar ist. Das Pumplicht kann für die genannte Dickenkombination von Passivierungsschicht 8 und Ätzstoppschicht 9 also besonders ungehindert in die zweite Strahlungserzeugende Schicht 11 des oberflächenemittierenden
Halbleiterlaserchips 1 vordringen. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102008048903.4, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Bauteil mit
- einer optischen Pumpvorrichtung (2) , die eine erste strahlungserzeugende Schicht (21) und eine erste
Strahlungsaustrittsfläche (2a) an der Oberseite (2b) der Pumpvorrichtung (2) umfasst, wobei im Betrieb der Pumpvorrichtung (2) erzeugte elektromagnetische Strahlung (7) quer, insbesondere zumindest teilweise nicht senkrecht, zur ersten strahlungserzeugenden Schicht (21) durch die erste Strahlungsaustrittsfläche (2a) aus der Pumpvorrichtung (2) ausgekoppelt wird, und
- einem oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip (1) mit einer reflektierenden Schichtenfolge (14) , insbesondere einem Bragg-Spiegel, und einer zweiten Strahlungserzeugenden Schicht (11) , wobei
- der oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip (1) an der Oberseite (2b) der Pumpvorrichtung (2) befestigt ist, und
- die reflektierende Schichtenfolge (14) zwischen der ersten Strahlungsaustrittsfläche (2a) und der zweiten
Strahlungserzeugenden Schicht (11) angeordnet ist.
2. Optoelektronisches Bauteil gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem die Pumpvorrichtung (2) durch einen elektrisch gepumpten Halbleiterlaserchip gebildet ist, wobei
- zwei Resonatorspiegel (24) die erste strahlungserzeugende Schicht (21) in einer lateralen Richtung begrenzen, und
- eine Auskoppelstruktur (25) zwischen den Resonatorspiegeln (24) angeordnet ist, mittels der ein Teil der im durch die Resonatorspiegel (24) begrenzten Resonator umlaufenden
Laserstrahlung durch die erste Strahlungsaustrittsfläche (2a) ausgekoppelt wird.
3. Optoelektronisches Bauteil gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem eine elektrisch leitende Kontaktschicht (26) zum Betreiben der Pumpvorrichtung (2) zwischen der Pumpvorrichtung (2) und dem oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip (1) angeordnet ist.
4. Optoelektronisches Bauteil gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip (1) an seiner der Pumpvorrichtung (2) zugewandten Seite folgende Schichtenfolge aufweist:
- eine Passivierungsschicht (8) , die mit einem Dielektrikum gebildet ist,
- eine Ätzstoppschicht (9) , und - die reflektierende Schichtenfolge (14), wobei
- die Passivierungsschicht (8) der Pumpvorrichtung (2) zugewandt und die Ätzstoppschicht (9) zwischen Passivierungsschicht (8) und reflektierender Schichtenfolge (14) angeordnet ist.
5. Optoelektronisches Bauteil gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem die Schichtenfolge (8, 9, 14) für aus der Pumpvorrichtung (2) ausgekoppelte elektromagnetische Strahlung (7) eine Durchlässigkeit von wenigstens 85 % aufweist.
6. Optoelektronisches Bauteil gemäß einem der vorherigen Ansprüche , bei dem zwischen der Pumpvorrichtung (2) und dem oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip (1) eine Lotschicht (27) angeordnet ist, mittels der die Pumpvorrichtung (2) und der oberflächenemittierende Halbleiterlaserchip (1) 'mechanisch miteinander verbunden sind.
7. Optoelektronisches Bauteil gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem die Lotschicht (27) die erste
Strahlungsaustrittsfläche (2a) rahmenartig umschließt.
8. Optoelektronisches Bauteil gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem zwischen der ersten Strahlungsaustrittsfläche (2a) und dem oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip (1) ein Spalt (6) angeordnet ist, der mit einem Material befüllt ist, dessen Brechungsindex < 2,0 ist.
9. Optoelektronisches Bauteil gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem der Spalt (6) mit Luft befüllt ist.
10. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils mit den folgenden Schritten, - Bereitstellen einer Vielzahl von Pumpvorrichtungen (2), die in einer ersten Scheibe (200) als Verbund vorliegen, wobei an der Oberseite (2b) einer jeden Pumpvorrichtung (2) eine erste Strahlungsaustrittsfläche (2a) vorgesehen ist,
- Bereitstellen einer Vielzahl von oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips (1) , die in einer zweiten Scheibe (100) als Verbund vorliegen,
- Verbinden von erster (200) und zweiter Scheibe (100) , derart dass die Oberseiten (2b) der Pumpvorrichtungen (2) den oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchips (1) zugewandt sind, und
- Vereinzeln der verbunden Scheiben (300) zu einzelnen optoelektronischen Bauteilen.
11. Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei die erste Scheibe (200) mit der zweiten Scheibe (100) verlötet wird.
12. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei zum Bereitstellen der Vielzahl von Pumpvorrichtungen (2) eine Halbleiterlaserstruktur (21, 22a, 22b) umfassend eine erste Strahlungserzeugende Schicht (21) auf einem Aufwachssubstrat (23) epitaktisch abgeschieden wird und anschließend in der Halbleiterlaserstruktur (21, 22a, 22b) mittels Ätzen eine Vielzahl von Resonatorspiegeln (24) erzeugt wird.
13. Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei zur Definition der ersten Strahlungsaustrittsflächen
(2a) der Vielzahl von Pumpvorrichtungen (2) zwischen je zwei Resonatorspiegeln (24) eine Auskoppelstruktur (25) erzeugt wird.
14. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein optoelektronisches Bauteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt wird.
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