DE102014102360A1

DE102014102360A1 - Laserdiodenchip

Info

Publication number: DE102014102360A1
Application number: DE102014102360.9A
Authority: DE
Inventors: Alfred Lell; Sebastian Taeger; Sophia Huppmann
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2014-02-24
Filing date: 2014-02-24
Publication date: 2015-08-27
Also published as: US11695251B2; CN106063058A; JP6629378B2; US20160365699A1; DE112015000938B4; JP6321197B2; JP2018137462A; DE112015000938A5; WO2015124531A3; JP2017506834A; US20190245323A1; CN106063058B; WO2015124531A2

Abstract

Es wird ein Laserdiodenchip (1) beschrieben, bei dem mindestens eine Laserfacette (9) eine Beschichtung (10) aufweist. Die Beschichtung (10) weist mindestens eine anorganische Schicht (14, 15, 16, 17, 18) und mindestens eine organische Schicht (20, 21, 22) auf.

Description

Die Erfindung betrifft einen Laserdiodenchip, der mindestens eine Laserfacette mit einer Beschichtung aufweist.
Laserdiodenchips, die zum Beispiel im UV-Spektralbereich, im sichtbaren Spektralbereich oder im Infrarot-Spektralbereich emittieren können, werden in vielen Anwendungen wie beispielsweise Projektionsvorrichtungen, in der Beleuchtungstechnik oder in optischen Sensoren, zum Beispiel zur Gestenerkennung, eingesetzt.
Bei vielen Anwendungen von Laserdiodenchips wird die erzielbare hohe optische Leistungsdichte ausgenutzt. Die bei Laserdiodenchips erreichte hohe optische Leistungsdichte hat allerdings zur Folge, dass insbesondere die lichtemittierende Laserfacette sehr hohen elektrischen, optischen und thermischen Belastungen ausgesetzt ist. Insbesondere hat sich herausgestellt, dass beim Betrieb einer Laserdiode unter dem Einfluss von Feuchte eine Oxidation der Laserfacette auftreten kann, die zu einer Degradation des Laserdiodenchips führt. Weiterhin besteht das Risiko, dass sich beim Betrieb des Laserdiodenchips in Folge elektrostatischer Wechselwirkung Partikel auf der Laserfacette anlagern, die Abschattungseffekte im Fernfeld, eine verringerte Steilheit der Laserkennlinie oder eine Überhitzung des Spiegels bis hin zur Zerstörung (COD, catastrophic optical damage) zur Folge haben können.
Die hohe Empfindlichkeit der Laserfacetten erfordert weiter einen sehr hohen Aufwand bei der Montage der Laserdiodenchips.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen Laserdiodenchip anzugeben, der sich durch eine verbesserte Langzeitstabilität auszeichnet.
Diese Aufgabe wird durch einen Laserdiodenchip gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Laserdiodenchip mindestens eine Laserfacette auf, die eine Beschichtung aufweist. Die Laserfacette bildet insbesondere einen der Resonatorspiegel des Laserdiodenchips aus. Der Laserdiodenchip kann insbesondere ein Kantenemitter-Laserdiodenchip sein, bei dem die Resonatorspiegel durch zwei gegenüberliegende Laserfacetten gebildet sind. In diesem Fall weisen vorzugsweise beide Laserfacetten jeweils eine Beschichtung auf, wobei sich die Beschichtungen zumindest in ihren optischen Eigenschaften, insbesondere dem Reflexionsgrad, voneinander unterscheiden können. Vorzugsweise weist zumindest die als Strahlungsaustrittsfläche fungierende Laserfacette des Laserdiodenchips die hier beschriebene Beschichtung auf.
Bei dem Laserdiodenchip weist die Beschichtung der mindestens einen Laserfacette vorteilhaft mindestens eine anorganische Schicht, bevorzugt mehrere anorganische Schichten, und mindestens eine organische Schicht auf. Mit anderen Worten ist die Beschichtung eine anorganisch-organische Hybridstruktur.
Die in der Beschichtung enthaltene mindestens eine anorganische Schicht kann zum Beispiel eine reflexionserhöhende oder reflexionsmindernde Schicht sein. Insbesondere kann die Beschichtung mehrere anorganische Schichten enthalten, die zumindest zum Teil in einer reflexionsmindernden oder reflexionserhöhenden Schichtenfolge enthalten sind. Durch die reflexionserhöhende oder reflexionsmindernde Schicht oder Schichtenfolge kann gezielt die Reflektivität der Laserfacette eingestellt werden.
Durch die in der Beschichtung enthaltene mindestens eine organische Schicht kann vorteilhaft mindestens eine zusätzliche Funktion der Beschichtung realisiert werden. Insbesondere kann die mindestens eine organische Schicht die Funktion einer Schutzschicht aufweisen, welche insbesondere die Langzeitstabilität des Laserdiodenchips verbessert. Durch die mindestens eine organische Schicht können insbesondere die Diffusion von Feuchtigkeit oder die Anlagerung von Partikeln vermindert werden. Die anorganisch-organische Hybridstruktur zeichnet sich daher im Vergleich zu reinen anorganischen Beschichtungen durch einen verbesserten Schutz des Laserdiodenchips vor Degradation aus.
Die mindestens eine anorganische Schicht der Beschichtung wird vorteilhaft durch Atomlagenabscheidung (ALD, atomic layer deposition), chemische Gasphasenabscheidung (CVD), plasma-unterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD), Ionenabstrahlabscheidung (IBD) oder Ionenplatieren (IP) hergestellt.
Die mindestens eine organische Schicht wird vorzugsweise durch molekulare Gasphasenabscheidung (MVD) oder molekulare Schichtabscheidung (MLD) hergestellt. Diese Abscheidemethoden sind insbesondere dazu geeignet, organische Schichten herzustellen, die als Diffusionsbarriere wirken. Weiterhin kann die mindestens eine organische Schicht zum Beispiel durch ein PVD-Verfahren, ein Sol-Gel-Verfahren oder durch Tauchbeschichtung hergestellt werden,
Gemäß einer Ausgestaltung umfasst die mindestens eine organische Schicht eine Diffusionsbarriereschicht. Die organische Diffusionsbarriereschicht bildet insbesondere eine Barriere für Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff aus. Auf diese Weise wird eine Degradation der Laserfacette, insbesondere durch Oxidation, vermindert.
Die mindestens eine organische Schicht hat weiterhin den Vorteil, dass sie im Vergleich zu anorganischen dielektrischen Schichten vergleichsweise elastisch ist, sodass sich die organische Schicht bei betriebsbedingten Temperaturänderungen elastisch verformen kann. Auf diese Weise wird das Risiko einer Rissbildung in der Beschichtung aufgrund thermisch induzierter Spannungen vermindert.
Die mindestens eine organische Schicht, insbesondere die Diffusionsbarriereschicht, enthält vorzugsweise ein Alkan, ein Alken, ein Alkin, ein Cycloalkan, ein Cycloalken, ein Polyamid oder ein Aluminiumalkoholat.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die mindestens eine organische Schicht eine organische Deckschicht. Bei dieser Ausgestaltung ist die organische Deckschicht die an das Umgebungsmedium angrenzende äußerste Schicht der Beschichtung.
Die organische Deckschicht ist vorteilhaft eine hydrophobe Schicht und/oder eine Antihaftschicht. In diesem Fall ist die von der Laserfacette abgewandte Oberfläche der Beschichtung vorteilhaft wasserabweisend und/oder adhäsionshemmend. Das Eindringen von Feuchtigkeit und/oder die Anlagerung von Partikeln werden durch die hydrophobe Schicht und/oder die Antihaftschicht vorteilhaft vermindert. Die organische Deckschicht weist vorteilhaft einen Kontaktwinkel für Wasser auf, der größer ist als 90°. Der Kontaktwinkel ist ein Maß für die Benetzbarkeit der Oberfläche mit Wasser.
Die organische Deckschicht kann insbesondere Kohlenstoffnanoröhren, eine organische Fluor- oder Schwefelverbindung, ein Thiol oder ein Silan aufweisen. Diese Materialien sind insbesondere zur Ausbildung einer hydrophoben Schicht geeignet. Bevorzugt ist die organische Deckschicht eine Monolagenschicht, insbesondere eine selbstorganisierte Monolagenschicht (SAM, self assembled monolayer).
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung enthält die organische Deckschicht ein Chlorsilan, ein Amin, einen Alkohol, eine Carbonsäure, ein Siloxan oder ein Dimethylaminosilan. Diese Materialien sind insbesondere zur Ausbildung einer Antihaftschicht geeignet. Die Antihaftschicht wird bevorzugt durch ein MVD-Verfahren aufgebracht.
Die wasserabweisende oder adhäsionshemmende Eigenschaft der organischen Deckschicht kann durch das Material der Deckschicht, insbesondere durch die chemischen Eigenschaften der Oberfläche, und/oder durch dessen Struktur bedingt sein. Insbesondere kann die organische Deckschicht eine Oberflächenstruktur aufweisen, durch die ein wasserabweisender Effekt, der sogenannte Lotus-Effekt, erzielt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die mindestens eine anorganische Schicht eine wärmeleitfähige Schicht. Durch die wärmeleitfähige Schicht kann vorteilhaft beim Betrieb des Laserdiodenchips an der Laserfacette entstehende Wärme abgeführt werden. Bevorzugte Materialien für die wärmeleitfähige Schicht sind transparente leitfähige Oxide wie zum Beispiel ITO oder ZnO. Weitere bevorzugte Materialien sind GaN, AlN, diamantartiger Kohlenstoff (DLC), SiC oder Graphen. Die wärmeleitfähige Schicht kann insbesondere auch elektrisch leitfähig sein. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, die wärmeleitfähige Schicht nicht unmittelbar auf die Laserfacette aufzubringen, da ansonsten die Gefahr eines Kurzschlusses der Halbleiterschichten des Laserdiodenchips bestehen würde.
Falls die wärmeleitfähige Schicht eine derart geringe elektrische Leitfähigkeit aufweist, dass keine Gefahr eines Kurzschlusses besteht, kann die wärmeleitfähige Schicht auch unmittelbar auf die Laserfacette aufgebracht werden. In diesem Fall kann die Wärme besonders gut von dem Laserdiodenchip abgeführt werden.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die mindestens eine anorganische Schicht eine dielektrische Schutzschicht, welche unmittelbar an die Laserfacette angrenzt. Die dielektrische Schutzschicht ist vorzugsweise eine mittels Atomlagenabscheidung hergestellte Schicht. Mittels der Atomlagenabscheidung lassen sich besonders dichte Schichten herstellen, die insbesondere eine Diffusionssperre für Feuchtigkeit ausbilden. Die dielektrische Schutzschicht weist vorzugsweise ein Oxid, Nitrid oder Oxynitrid auf.
Die Beschichtung kann insbesondere mehrere anorganische Schichten aufweisen. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die anorganischen Schichten zumindest teilweise in einer reflexionserhöhenden oder reflexionsmindernden Schichtenfolge angeordnet. Die reflexionserhöhende oder reflexionsmindernde Schichtenfolge kann insbesondere alternierende Schichten mit abwechselnd höherem und niedrigerem Brechungsindex aufweisen.
Die anorganischen Schichten der Beschichtung, insbesondere der reflexionserhöhenden oder reflexionsmindernden Schichtenfolge, enthalten bevorzugt dielektrische Materialien, insbesondere Oxide, Nitride oder Oxynitride. Die anorganischen Schichten können insbesondere zumindest eines der Materialien SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, Ta₂O₅, Si₃N₄, ZrO₂, HfO₂, Nb₂O₅, Y₂O₃, Ho₂O₃, CeO₃, Lu₂O₃, V₂O₅, HfZrO, MgO, TaC, ZnO, CuO, In₂O₃, Yb₂O₃, Sm₂O₃, Nd₂O₃, Sc₂O₃; B₂O₃, Er₂O₃, Dy₂O₃, Tm₂O₃, SrTiO₃, BaTiO₃, PbTiO₃, PbZrO₃, Ga₂O₃, HfAlO oder HfTaO aufweisen.
Es ist möglich, dass die reflexionserhöhende oder reflexionsmindernde Schichtenfolge ausschließlich aus anorganischen Schichten besteht.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung enthält die reflexionserhöhende oder reflexionsmindernde Schichtenfolge sowohl anorganische als auch organische Schichten, insbesondere alternierende anorganische und organische Schichten. Die reflexionserhöhende oder reflexionsmindernde Schichtenfolge kann insbesondere abwechselnd anorganische Schichten mit hohem Brechungsindex und organische Schichten mit niedrigem Brechungsindex, oder alternativ abwechselnd anorganische Schichten mit niedrigem Brechungsindex und organische Schichten mit hohem Brechungsindex aufweisen. Bei dieser Ausgestaltung weisen die anorganischen und/oder die organischen Schichten vorteilhaft jeweils eine Dicke zwischen 1 nm und 350 nm, bevorzugt zwischen 5 nm und 200 nm und besonders bevorzugt zwischen 10 nm und 100 nm auf.
Die Anzahl der Schichten in der reflexionserhöhenden Schichtenfolge beträgt vorteilhaft zwischen 2 und 50, besonders bevorzugt zwischen 4 und 20.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit den 1 bis 8 näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Teilbereich eines Laserdiodenchips gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Teilbereich eines Laserdiodenchips gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
3 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Teilbereich eines Laserdiodenchips gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
4 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Teilbereich eines Laserdiodenchips gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
5 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Teilbereich eines Laserdiodenchips gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel,
6 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Teilbereich eines Laserdiodenchips gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel,
7 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Teilbereich eines Laserdiodenchips gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel, und
8 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Teilbereich eines Laserdiodenchips gemäß einem achten Ausführungsbeispiel.
Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
Der in 1 schematisch im Querschnitt dargestellte Laserdiodenchip 1 weist eine auf ein Substrat 6 aufgebrachte Halbleiterschichtenfolge auf.
Die Halbleiterschichtenfolge enthält beispielsweise eine auf das Substrat 6 aufgebrachte Pufferschicht 2, eine erste Mantelschicht 3a, eine erste Wellenleiterschicht 4a, eine aktive Schicht 5, eine zweite Wellenleiterschicht 4b und eine zweite Mantelschicht 3b. Die Halbleiterschichtenfolge kann weitere Schichten enthalten, die zur Vereinfachung nicht dargestellt sind. Weiterhin können zumindest Teilbereiche der Halbleiterschichtenfolge strukturiert sein, zum Beispiel zu einer Rippenwellenleiterstruktur. Geeignete Wellenleiterstrukturen für Laserdiodenchips sind an sich bekannt und daher zur Vereinfachung nicht im Detail dargestellt.
Die aktive Schicht 5 des kantenemittierenden Halbleiterlasers kann zum Beispiel als pn-Übergang, als Doppelheterostruktur, als Einfach-Quantentopfstruktur oder Mehrfach-Quantentopfstruktur ausgebildet sein. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur umfasst im Rahmen der Anmeldung jegliche Struktur, bei der Ladungsträger durch Einschluss ("confinement") eine Quantisierung ihrer Energiezustände erfahren. Insbesondere beinhaltet die Bezeichnung Quantentopfstruktur keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit u.a. Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.
Die Halbleiterschichtenfolge des Laserdiodenchips 1 basiert vorzugsweise auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial, insbesondere auf einem Arsenid-, Nitrid- oder Phosphidverbindungshalbleitermaterial. Beispielsweise kann die Halbleiterschichtenfolge In_xAl_yGa_1-x-yAs, In_xAl_yGa_1-x-yN oder In_xAl_yGa_1-x-yP, jeweils mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1, enthalten. Dabei muss das III-V-Verbindungshalbleitermaterial nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach einer der obigen Formeln aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die physikalischen Eigenschaften des Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhalten obige Formeln jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
Die Materialauswahl erfolgt dabei anhand der gewünschten Emissionswellenlänge des Laserdiodenchips 1. Das Substrat 6 wird anhand der vorzugsweise epitaktisch aufgewachsenen Halbleiterschichtenfolge ausgewählt und kann insbesondere GaAs, Saphir, SiC, GaN oder Silizium aufweisen.
Zur elektrischen Kontaktierung des Laserdiodenchips ist eine erste Kontaktschicht 7 an einer von der Halbleiterschichtenfolge abgewandte Rückseite des Substrats 6 und eine zweite Kontaktschicht 8 an der vom Substrat 6 abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge angeordnet.
Der Laserdiodenchip 1 weist eine Laserfacette 9 auf, die mit einer Beschichtung 10 versehen ist. Die Laserfacette 9 kann insbesondere einen der Resonatorspiegel des Laserdiodenchips 1 ausbilden. Eine in dem Ausschnitt nicht dargestellte weitere Laserfacette, die der Laserfacette 9 gegenüberliegt, kann einen zweiten Resonatorspiegel des Laserdiodenchips ausbilden und mit einer weiteren Beschichtung versehen sein, welche die gleichen vorteilhaften Ausgestaltungen aufweisen kann wie die im Folgenden beschriebene Beschichtung 10 der Laserfacette 9. In diesem Fall muss die weitere Beschichtung nicht zur Beschichtung 10 identisch sein, sondern kann zum Beispiel von der Beschichtung 10 verschiedene optische Eigenschaften, insbesondere eine andere Reflektivität, aufweisen.
Die mit der Beschichtung 10 versehene Laserfacette 9 kann insbesondere als Strahlungsaustrittsfläche des Laserdiodenchips 1 vorgesehen sein.
Bei dem Ausführungsbeispiel umfasst die Beschichtung 10 eine erste reflexionserhöhende oder reflexionsmindernde Schichtenfolge 11, die mehrere alternierende erste Schichten 13 und zweite Schichten 14 aufweist. Die reflexionserhöhende oder reflexionsmindernde Schichtenfolge 11 weist bei dem Ausführungsbeispiel drei Schichtpaare aus ersten Schichten 13 und zweiten Schichten 14 auf, also insgesamt 6 Schichten. Im Allgemeinen beträgt die Anzahl der Schichten 13, 14 zwischen 2 und 50, bevorzugt zwischen 4 und 20. Die alternierenden Schichten 13, 14 sind zum Beispiel jeweils anorganische dielektrische Schichten, die abwechselnd einen hohen Brechungsindex und einen niedrigen Brechungsindex aufweisen. Die reflexionserhöhende oder reflexionsmindernde Schichtenfolge 11 kann zum Beispiel abwechselnd erste Schichten 13 aus Al₂O₃ und zweite Schichten 14 aus einem der Materialien TiO₂, ZrO₂ oder Ta₂O₅ aufweisen. Bei dieser Ausgestaltung weisen die ersten Schichten jeweils einen niedrigen Brechungsindex und die zweiten Schichten einen hohen Brechungsindex auf. Alternativ ist es auch möglich, dass die ersten Schichten einen hohen Brechungsindex und die zweiten Schichten einen niedrigen Brechungsindex aufweisen. Weiterhin kann die reflexionserhöhende oder reflexionsmindernde Schichtenfolge 11 auch eine ungerade Anzahl an Schichten aufweisen, d.h. dass zusätzlich zu den Schichtpaaren noch eine weitere Schicht mit niedrigem oder hohem Brechungsindex in der Schichtenfolge 11 enthalten ist.
Die Beschichtung 10 umfasst bei dem Ausführungsbeispiel weiterhin eine zweite reflexionserhöhende oder reflexionsmindernde Schichtenfolge 12, die aus alternierenden dritten Schichten 15 und vierten Schichten 16 aufgebaut ist, die wie bei der ersten reflexionserhöhenden oder reflexionsmindernden Schichtenfolge 11 vorteilhaft abwechselnd niedrige Brechungsindizes und hohe Brechungsindizes aufweisen. Die Verwendung von zwei aufeinanderfolgenden reflexionserhöhenden oder reflexionsmindernden Schichtenfolgen 11, 12 kann zweckmäßig sein, um beispielsweise die Materialien der ersten reflexionserhöhenden oder reflexionsmindernden Schichtenfolge 11 hinsichtlich ihres Wärmeausdehnungskoeffizienten an das angrenzende Halbleitermaterial des Laserdiodenchips anzupassen. Die Materialien der zweiten reflexionserhöhenden oder reflexionsmindernden Schichtenfolge 11 können beispielsweise zur Erzielung eines möglichst großen Unterschieds ihrer Brechungsindizes ausgewählt werden.
Es ist aber alternativ auch möglich, dass die Beschichtung 10 nur eine reflexionserhöhende oder reflexionsmindernde Schichtenfolge 11 enthält. Außerdem ist es möglich, dass anstelle der ersten und/oder der zweiten reflexionserhöhenden oder reflexionsmindernden Schichtenfolge 11, 12 eine reflexionserhöhende oder reflexionsmindernde Einzelschicht verwendet wird.
Die erste reflexionserhöhende oder reflexionsmindernde Schichtenfolge 11 und die zweite reflexionserhöhende oder reflexionsmindernde Schichtenfolge 12 müssen nicht notwendigerweise nur aus anorganischen Schichten bestehen. Vielmehr ist es alternativ auch möglich, dass mindestens eine der reflexionserhöhenden oder reflexionsmindernden Schichtenfolgen 11, 12 abwechselnde anorganische und organische Schichten aufweist. Bei einer Ausgestaltung weist zum Beispiel die erste reflexionserhöhende oder reflexionsmindernde Schichtenfolge 11 alternierende organische erste Schichten 13 und anorganische zweite Schichten 14 auf. Bei dieser Ausgestaltung haben die in die reflexionserhöhende oder reflexionsmindernde Schichtenfolge 11 integrierten organischen Schichten 13 den Vorteil, dass sie im Vergleich zu anorganischen dielektrischen Schichten vergleichsweise elastisch sind. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn im Betrieb der Laserdiode 1 thermisch bedingte Spannungen auftreten.
Weiterhin umfasst die Beschichtung 10 vorteilhaft eine Deckschicht 20, die bei dem Ausführungsbeispiel der 1 eine hydrophobe organische Schicht ist. Die hydrophobe organische Deckschicht 20 weist einen Kontaktwinkel für Wasser auf, der größer als 90° ist. Die hydrophobe organische Deckschicht 20 dient insbesondere zum Schutz der Laserfacette 9 vor Feuchtigkeit. Die hydrophobe organische Deckschicht 20 kann zum Beispiel Kohlenstoffnanoröhren oder organische Fluor- oder Schwefelverbindungen enthalten, die insbesondere Thiol- oder Silangruppen aufweisen. Die hydrophobe organische Deckschicht 20 ist vorzugsweise eine Monolagenschicht, insbesondere eine selbstorganisierte Monolagenschicht.
In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Laserdiodenchips 1 dargestellt. Dieses unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass der zweiten reflexionserhöhenden oder reflexionsmindernden Schichtenfolge 12 in Wachstumsrichtung der Beschichtung 10 eine organische Schicht nachfolgt, die insbesondere eine Diffusionsbarriereschicht 21 zur Verminderung der Diffusion von Sauerstoff oder Feuchtigkeit ist. Dadurch wird die Laserfacette 9 noch besser gegen Oxidation geschützt.
Die organische Diffusionsbarriereschicht 21 enthält vorzugsweise ein Alkan, ein Alken, ein Alkin, ein Cycloalkan, ein Cycloalken, ein Polyamid oder ein Aluminiumalkoholat.
Ansonsten entspricht das zweite Ausführungsbeispiel dem zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel.
Bei dem in 3 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel ist auf die Laserfacette 9 eine Beschichtung 10 aufgebracht, welche ausgehend von der Laserfacette 9 eine dielektrische Schutzschicht 18, eine reflexionserhöhende oder reflexionsmindernde Schichtenfolge 11 und eine organische Diffusionsbarriereschicht 21 aufweist. Die dielektrische Schutzschicht 18 grenzt vorteilhaft unmittelbar an die Laserfacette 9 an und ist vorzugsweise eine mittels Atomlagenabscheidung hergestellte Schicht. Mittels Atomlagenabscheidung können besonders dichte dielektrische Schichten abgeschieden werden, die einen besonders guten Schutz gegen das Eindringen von Feuchtigkeit darstellen. Die dielektrische Schutzschicht weist vorzugsweise ein Oxid, Nitrid oder Oxynitrid auf. Die dielektrische Schutzschicht 18 kann zum Beispiel SiO₂, Si(O_xN_1-x)₂, Al₂O₃ oder Al₂(O_xN_1-x)₃ oder Kombinationen daraus aufweisen.
Die der dielektrischen Schutzschicht 18 nachfolgende reflexionserhöhende oder reflexionsmindernde Schichtenfolge 11 entspricht hinsichtlich ihrer vorteilhaften Ausgestaltungen dem ersten Ausführungsbeispiel.
Die organische Schicht 21 kann wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel insbesondere als Diffusionsbarriere fungieren. Bei diesem Ausführungsbeispiel bildet sie gleichzeitig die Deckschicht der Beschichtung 10 aus. Die organische Diffusionsbarriereschicht 21 hat den Vorteil, dass sie im Vergleich zu anorganischen Schichten vergleichsweise elastisch und somit insbesondere besonders rissfest ist. Dadurch wird das Risiko vermindert, dass beispielsweise durch temperaturbedingte Spannungen, die beim Betrieb des Laserdiodenchips 1 auftreten, Risse in der organischen Diffusionsbarriereschicht 21 auftreten.
Bei dem in 4 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel ist auf die Laserfacette 9 eine Beschichtung 10 aufgebracht, welche ausgehend von der Laserfacette 9 eine reflexionserhöhende oder reflexionsmindernde Schichtenfolge 11, eine wärmeleitfähige Schicht 17, eine organische Diffusionsbarriereschicht 21 und eine hydrophobe organische Schicht 20 als Deckschicht aufweist.
Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel dadurch, dass zwischen der reflexionserhöhenden oder reflexionsmindernden Schichtenfolge 11 und der organischen Diffusionsbarriereschicht 21 vorteilhaft die wärmeleitfähige Schicht 17 angeordnet ist, durch die zumindest ein Teil der beim Betrieb des Laserdiodenchips 1 entstehenden Wärme abgeleitet werden kann. Die wärmeleitfähige Schicht 17 kann insbesondere ein auch elektrisch leitfähiges Material aufweisen, da sie von der Halbleiterschichtenfolge der Laserdiode 1 durch die dielektrische reflexionserhöhende Schichtenfolge 11 isoliert ist. Die wärmeleitfähige Schicht 17 kann zum Beispiel ITO, ZnO, GaN, AlN, diamantartigen Kohlenstoff (DLC), SiC oder Graphen enthalten.
Das in 5 dargestellte fünfte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem vierten Ausführungsbeispiel dadurch, dass anstelle der hydrophoben organischen Deckschicht eine organische Antihaftschicht 22 als Deckschicht in der Beschichtung 10 enthalten ist. Die Antihaftschicht 22 vermindert vorteilhaft die Anlagerung von Partikeln auf der Laserfacette. Eine solche Anlagerung von Partikeln könnte ansonsten infolge elektrostatischer Wechselwirkungen beim Betrieb des Laserdiodenchips 1 auftreten.
Die Antihaftschicht 22 wird bevorzugt durch ein MVD-Verfahren oder MLD-Verfahren aufgebracht und enthält bevorzugt ein Chlorsilan, ein Amin, einen Alkohol, eine Carbonsäure, ein Siloxan oder ein Dimethylaminosilan.
Bei dem in 6 dargestellten sechsten Ausführungsbeispiel weist die Beschichtung 10 ausgehend von der Laserfacette 9 eine dielektrische Schutzschicht 18, eine wärmeleitfähige Schicht 17, eine reflexionserhöhende oder reflexionsmindernde Schichtenfolge 11 und eine hydrophobe organische Schicht 20 als Deckschicht auf. Die Funktionen und vorteilhaften Ausgestaltungen der einzelnen Schichten entsprechen den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen und werden daher nicht näher im Detail erläutert.
Bei dem in 7 dargestellten siebten Ausführungsbeispiel weist die Beschichtung 10 ausgehend von der Laserfacette 9 eine reflexionserhöhende oder reflexionsmindernde Schichtenfolge 11, eine erste organische Diffusionsbarriereschicht 21a, eine wärmeleitfähige Schicht 17, eine zweite organische Diffusionsbarriereschicht 21b und eine hydrophobe organische Deckschicht 20 auf. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die wärmeleitfähige Schicht 17 zwischen zwei organischen Diffusionsbarriereschichten 21a, 21b angeordnet, die vorteilhaft elastisch sind und somit eine temperaturbedingte Ausdehnung der wärmeleitfähigen 17 Schicht vorzugsweise im elastischen Dehnungsbereich kompensieren können. Die Funktionen und vorteilhaften Ausgestaltungen der einzelnen Schichten entsprechen den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen und werden daher nicht näher im Detail erläutert.
Bei dem weiteren in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Beschichtung ausgehend von der Laserfacette 9 eine anorganische dielektrische Schutzschicht 18, eine reflexionserhöhende oder reflexionsmindernde Schichtenfolge 11, eine wärmeleitfähige Schicht 17, eine organische Diffusionsbarriereschicht 21 und eine hydrophobe organische Schicht 20 als Deckschicht auf. Anstelle der hydrophoben organischen Deckschicht 20 könnte auch eine organische Antihaftschicht als Deckschicht fungieren. Die Funktionsweise der einzelnen Schichten entspricht den vorhergehenden Ausführungsbeispielen und wird daher nicht näher erläutert.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele 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.

Claims

Laserdiodenchip (1) mit mindestens einer Laserfacette (9), die eine Beschichtung (10) aufweist, wobei die Beschichtung (10) mindestens eine anorganische Schicht (14, 15, 16, 17, 18) und mindestens eine organische Schicht (20, 21, 22) aufweist.
Laserdiodenchip nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine organische Schicht eine Diffusionsbarriereschicht (21) umfasst.
Laserdiodenchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine organische Schicht (21) ein Alkan, ein Alken, ein Alkin, ein Cycloalkan, ein Cycloalken, ein Polyamid oder ein Aluminiumalkoholat aufweist.
Laserdiodenchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine organische Schicht eine organische Deckschicht (20, 22) umfasst.
Laserdiodenchip nach Anspruch 4, wobei die organische Deckschicht (20, 22) eine hydrophobe Schicht (20) und/oder eine Antihaftschicht (22) ist.
Laserdiodenchip nach Anspruch 5, wobei die organische Deckschicht (20, 22) einen Kontaktwinkel für Wasser aufweist, der größer ist als 90°.
Laserdiodenchip nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die organische Deckschicht (20, 22) Kohlenstoffnanoröhren, eine organische Fluor- oder Schwefelverbindung, ein Thiol, ein Silan, ein Chlorsilan, ein Amin, einen Alkohol, eine Carbonsäure, ein Siloxan oder ein Dimethylaminosilan enthält.
Laserdiodenchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine anorganische Schicht eine wärmeleitfähige Schicht (17) umfasst.
Laserdiodenchip nach Anspruch 8, wobei die wärmeleitfähige Schicht (17) ein transparentes leitfähiges Oxid, ITO, ZnO, GaN, AlN, diamantartigen Kohlenstoff (DLC), SiC oder Graphen aufweist.
Laserdiodenchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine anorganische Schicht eine dielektrische Schutzschicht (18) umfasst, welche unmittelbar an die Laserfacette (9) angrenzt.
Laserdiodenchip nach Anspruch 10, wobei die dielektrische Schutzschicht (18) eine ALD-Schicht ist.
Laserdiodenchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine anorganische Schicht eine reflexionserhöhende oder reflexionsmindernde Schicht umfasst.
Laserdiodenchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beschichtung (10) mehrere anorganische Schichten (14, 15, 16) aufweist, die zumindest teilweise in einer reflexionserhöhenden oder reflexionsmindernden Schichtenfolge (11, 12) angeordnet sind.
Laserdiodenchip nach Anspruch 13, wobei die reflexionserhöhende oder reflexionsmindernde Schichtenfolge (12) sowohl anorganische Schichten (14) als auch organische Schichten (13) enthält.
Laserdiodenchip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine anorganische Schicht (14, 15, 16, 17, 18) mindestens eines der Materialien SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, Ta₂O₅, Si₃N₄, ZrO₂, HfO₂, Nb₂O₅, Y₂O₃, Ho₂O₃, CeO₃, Lu₂O₃, V₂O₅, HfZrO, MgO, TaC, ZnO, CuO, In₂O₃, Yb₂O₃, Sm₂O₃, Nd₂O₃, Sc₂O₃; B₂O₃, Er₂O₃, Dy₂O₃, Tm₂O₃, SrTiO₃, BaTiO₃, PbTiO₃, PbZrO₃, Ga₂O₃, HfAlO oder HfTaO aufweist.