DE102014114618A1

DE102014114618A1 - Laserbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102014114618A1
Application number: DE102014114618.2A
Authority: DE
Inventors: Dominik Scholz
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2014-10-08
Filing date: 2014-10-08
Publication date: 2016-04-14
Also published as: JP6393414B2; DE112015004631A5; WO2016055520A1; US20170310079A1; US10256602B2; CN106797103B; CN106797103A; JP2017528920A; DE112015004631B4

Abstract

Ein Laserbauelement weist ein Gehäuse auf, das einen Träger umfasst, der eine Kavität mit einer Bodenfläche und einer Seitenwand aufweist. In der Kavität ist ein Laserchip angeordnet, dessen Emissionsrichtung parallel zu der Bodenfläche orientiert ist. In der Kavität ist außerdem ein reflektierendes Element angeordnet, das an einer Kante zwischen der Bodenfläche und der Seitenwand anliegt. Eine reflektierende Oberfläche des reflektierenden Elements schließt mit der Bodenfläche der Kavität einen Winkel von 45° ein. Die Emissionsrichtung schließt mit der reflektierenden Oberfläche des reflektierenden Elements ebenfalls einen Winkel von 45° ein.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laserbauelement gemäß Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Laserbauelements gemäß Patentanspruch 10.
Laserbauelemente mit halbleiterbasierten Laserchips sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bei derartigen Laserbauelementen wird der Laserchip in einem Gehäuse angeordnet, das dazu dient, den Laserchip hermetisch dicht zu kapseln, um eine übermäßige Alterung einer Laserfacette des Laserchips zu verhindern. Das Gehäuse dient außerdem zur Ableitung von Abwärme aus dem Laserchip.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Laserbauelement bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Laserbauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines Laserbauelements anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind verschiedene Weiterbildungen angegeben.
Ein Laserbauelement weist ein Gehäuse auf, das einen Träger umfasst, der eine Kavität mit einer Bodenfläche und einer Seitenwand aufweist. In der Kavität ist ein Laserchip angeordnet, dessen Emissionsrichtung parallel zu der Bodenfläche orientiert ist. In der Kavität ist ein reflektierendes Element angeordnet, das an einer Kante zwischen der Bodenfläche und der Seitenwand anliegt. Eine reflektierende Oberfläche des reflektierenden Elements schließt mit der Bodenfläche der Kavität einen Winkel von 45° ein. Die Emissionsrichtung schließt mit der reflektierenden Oberfläche des reflektierenden Elements ebenfalls einen Winkel von 45° ein.
Durch diese Anordnung der reflektierenden Oberfläche des reflektierenden Elements kann ein von dem Laserchip emittierter Laserstrahl an der reflektierenden Oberfläche des reflektierenden Elements in eine zur Bodenfläche der Kavität senkrechte Richtung reflektiert werden. Der an dem reflektierenden Element reflektierte Laserstrahl kann dadurch aus der Kavität des Trägers des Laserbauelements austreten und von dem Laserbauelement abgestrahlt werden. Eine weitere Strahlablenkung des Laserstrahls ist dabei vorteilhafterweise nicht erforderlich.
Durch die Anlage des reflektierenden Elements an der Kante zwischen der Bodenfläche und der Seitenwand der Kavität wird vorteilhafterweise eine Position und Orientierung des reflektierenden Elements in der Kavität des Trägers des Gehäuses des Laserbauelements mit hoher Genauigkeit festgelegt, ohne dass bei der Montage des reflektierenden Elements zusätzliche Justageschritte erforderlich sind. Dies ermöglicht eine einfache und kostengünstige Herstellung des Laserbauelements.
Durch die Anlage des reflektierenden Elements an der Kante zwischen der Bodenfläche und der Seitenwand der Kavität ergibt sich außerdem vorteilhafterweise eine platzsparende Anordnung des reflektierenden Elements, was es ermöglicht, das Gehäuse des Laserbauelements mit kompakten äußeren Abmessungen auszubilden.
Die Anordnung des Laserchips mit zu der Bodenfläche der Kavität paralleler Emissionsrichtung erlaubt es vorteilhafterweise, den Laserchip in großflächigem Kontakt zur Bodenfläche der Kavität anzuordnen, wodurch sich vorteilhafterweise eine thermisch gut leitende Verbindung zwischen dem Träger des Gehäuses des Laserbauelements und dem Laserchip ergibt, was eine wirksame Abfuhr von im Betrieb des Laserbauelements in dem Laserchip anfallender Abwärme ermöglicht.
In einer Ausführungsform des Laserbauelements liegt das reflektierende Element an der Seitenwand an. Vorteilhafterweise ergibt sich dadurch eine besonders platzsparende Anordnung des reflektierenden Elements in der Kavität des Trägers des Laserbauelements, wodurch das Gehäuse des Laserbauelements kompakte äußere Abmessungen aufweisen kann.
In einer Ausführungsform des Laserbauelements liegt das reflektierende Element an der Bodenfläche der Kavität an. Vorteilhafterweise ergibt sich auch hierdurch eine platzsparende und stabile Anordnung des reflektierenden Elements in der Kavität des Trägers des Gehäuses.
In einer Ausführungsform des Laserbauelements ist die Kavität mittels eines Deckels verschlossen. Da am Deckel des Gehäuses des Laserbauelements keine Strahlablenkung des von dem Laserchip des Laserbauelements emittierten Laserstrahls erfolgen muss, kann der Deckel vorteilhafterweise einfach und kostengünstig ausgebildet sein. Da der Deckel keine strahlablenkenden Strukturen aufweisen muss, ist bei der Montage des Laserbauelements auch keine besondere Justage des Deckels erforderlich, wodurch sich die Herstellung des Laserbauelements vereinfacht.
In einer Ausführungsform des Laserbauelements weist das reflektierende Element ein Glas auf. Vorteilhafterweise kann die reflektierende Oberfläche des reflektierenden Elements dadurch ein besonders hohes Reflexionsvermögen aufweisen.
In einer Ausführungsform des Laserbauelements ist das reflektierende Element als Prisma ausgebildet. Dies ermöglicht eine einfache und kostengünstige Herstellung des reflektierenden Elements sowie eine einfache und kostengünstige Montage des reflektierenden Elements in der Kavität des Trägers des Gehäuses des Laserbauelements.
In einer Ausführungsform des Laserbauelements ist die Seitenwand der Kavität gegenüber der Bodenfläche der Kavität um einen von 45° verschiedenen Winkel geneigt. Die Abweichung des Winkels zwischen der Seitenwand und der Bodenfläche von 45° wird vorteilhafterweise durch das reflektierende Element ausgeglichen.
In einer Ausführungsform des Laserbauelements weist der Träger ein zumindest teilweise kristallines Halbleitermaterial auf. Vorteilhafterweise ermöglicht dies eine einfache und kostengünstige Herstellung des Trägers mit den Methoden der Halbleitertechnologie.
In einer Ausführungsform des Laserbauelements weist der Träger Silicium auf. Dabei ist die Bodenfläche durch eine {100}-Ebene des Trägers gebildet. Die Seitenwand ist durch eine {111}-Ebene des Trägers gebildet. Vorteilhafterweise ermöglicht dies eine Herstellung der Kavität des Trägers mittels eines Ätzverfahrens. Dabei können die Seitenwand und die Bodenfläche durch unterschiedliche Ätzraten in unterschiedliche Kristallrichtungen des Trägers gebildet werden, wobei sich ein definierter Winkel zwischen der Seitenwand und der Bodenfläche der Kavität ergibt.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Laserbauelements umfasst Schritte zum Bereitstellen eines Trägers, der eine Kavität mit einer Bodenfläche und einer Seitenwand aufweist, zum Anordnen eines Laserchips in der Kavität derart, dass eine Emissionsrichtung des Laserchips parallel zu der Bodenfläche orientiert ist, und zum Anordnen eines reflektierenden Elements in der Kavität derart, dass das reflektierende Element an einer Kante zwischen der Bodenfläche und der Seitenwand anliegt, eine reflektierende Oberfläche des reflektierenden Elements mit der Bodenfläche der Kavität einen Winkel von 45° einschließt und die Emissionsrichtung mit der reflektierenden Oberfläche des reflektierenden Elements ebenfalls einen Winkel von 45° einschließt.
Vorteilhafterweise werden die Position und Orientierung des reflektierenden Elements in der Kavität bei diesem Verfahren durch die Anordnung des reflektierenden Elements in Anlage an der Kante zwischen der Bodenfläche und der Seitenwand der Kavität mit hoher Genauigkeit festgelegt, ohne dass hierfür ein gesonderter Justageschritt erforderlich ist. Dadurch lässt sich das Verfahren vorteilhafterweise einfach und kostengünstig durchführen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Träger während des Anordnens des reflektierenden Elements so geneigt, dass die Kante zwischen der Bodenfläche und der Seitenwand unterhalb der Bodenfläche und unterhalb der Seitenwand angeordnet ist. Dadurch wird das reflektierende Element während des Anordnens des reflektierenden Elements in der Kavität des Trägers durch die Schwerkraft automatisch in Anlage mit der Kante zwischen der Bodenfläche und der Seitenwand der Kavität gebracht und/oder gehalten, wodurch sich die Durchführung des Verfahrens vorteilhafterweise noch weiter vereinfacht.
In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Bereitstellen des Trägers ein Anlegen der Kavität mittels eines Ätzprozesses. Vorteilhafterweise ermöglicht dies eine einfache und kostengünstige Bereitstellung des Trägers. Insbesondere kann das Anlegen der Kavität in dem Träger durch etablierte Methoden der Halbleitertechnologie erfolgen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird das reflektierende Element mittels einer Lötverbindung oder einer Klebeverbindung in der Kavität befestigt. Vorteilhafterweise ermöglicht dies eine einfache, robuste und kostengünstige Befestigung des reflektierenden Elements in der Kavität.
In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses einen weiteren Schritt zum Verschließen der Kavität mittels eines Deckels. Der Deckel kann beispielsweise mittels eines Waferbondverfahrens an dem Träger des Gehäuseelements des Laserbauelements befestigt werden. Da bei dem durch das Verfahren erhältlichen Laserbauelement an dem Deckel des Gehäuses des Laserbauelements keine Strahlablenkung erfolgen muss, ist eine besondere Justage des Deckels vorteilhafterweise nicht erforderlich. Dadurch kann das Verfahren einfach, schnell und kostengünstig durchgeführt werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Träger mit mehreren Kavitäten bereitgestellt, die jeweils eine Bodenfläche und eine Seitenwand aufweisen. Dabei wird in jeder Kavität jeweils ein Laserchip so angeordnet, dass eine Emissionsrichtung des Laserchips parallel zu der Bodenfläche der Kavität orientiert ist. In jeder Kavität wird ein reflektierendes Element so angeordnet, dass das reflektierende Element an einer Kante zwischen der Bodenfläche und der Seitenwand der Kavität anliegt, eine reflektierende Oberfläche des reflektierenden Elements mit der Bodenfläche der Kavität einen Winkel von 45° einschließt und die Emissionsrichtung mit der reflektierenden Oberfläche des reflektierenden Elements ebenfalls einen Winkel von 45° einschließt. Vorteilhafterweise ermöglicht das Verfahren dadurch eine parallele Herstellung einer Mehrzahl von Laserbauelementen in gemeinsamen Bearbeitungsschritten. Dadurch können die Herstellungskosten pro einzelnem Laserbauelement vorteilhafterweise deutlich reduziert werden. Außerdem lässt sich dadurch die pro hergestelltem Laserbauelement erforderliche Bearbeitungszeit vorteilhafterweise deutlich reduzieren.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen in jeweils schematisierter Darstellung
1 eine geschnittene Seitenansicht eines ersten Laserbauelements;
2 eine geschnittene Seitenansicht eines zweiten Laserbauelements; und
3 eine geschnittene Seitenansicht eines dritten Laserbauelements.
1 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht eines ersten Laserbauelements 10. Das erste Laserbauelement 10 umfasst ein Gehäuse 100, in dem ein halbleiterbasierter Laserchip 400 angeordnet ist.
Das Gehäuse 100 des ersten Laserbauelements 10 umfasst einen Träger 200. Der Träger 200 ist aus einem Trägersubstrat hergestellt, bevorzugt aus einem kristallinen oder teilkristallinen Halbleitersubstrat. Beispielsweise kann der Träger 200 aus einem Halbleiterwafer hergestellt sein, beispielsweise aus einem Siliciumwafer, insbesondere beispielsweise aus einem {100}-Siliciumwafer.
Der Träger 200 weist eine Oberseite 201 und eine der Oberseite 201 gegenüberliegende Unterseite 202 auf. An der Oberseite 201 des Trägers 200 ist eine Kavität 210 ausgebildet. Die Kavität 210 erstreckt sich von der Oberseite 201 in Richtung zur Unterseite 202 in den Träger 200 hinein. Dabei weist die Kavität 210 eine Bodenfläche 220 auf, die im Wesentlichen parallel zur Oberseite 201 und zur Unterseite 202 des Trägers 200 orientiert ist.
Eine Seitenwand 230 erstreckt sich von der Bodenfläche 220 der Kavität 210 zur Oberseite 201 des Trägers 200. Zwischen der Bodenfläche 220 und der Seitenwand 230 ist eine Kante 240 ausgebildet. Die Seitenwand 230 ist gegen die Bodenfläche 220 um einen Winkel 250 geneigt, der zwischen 0° und 90° liegt. Damit weitet sich die Kavität 210 im Bereich der Seitenwand 230 von der Bodenfläche 220 in Richtung zur Oberseite 201 des Trägers 200 auf. Dabei kann der Winkel 250 einen von 45° verschiedenen Wert aufweisen.
Die Kavität 210 kann beispielsweise mittels eines Ätzverfahrens an der Oberseite 201 des Trägers 200 angelegt werden. Falls der Träger 200 ein kristallines oder teilkristallines Halbleitermaterial aufweist, so kann hierbei eine Anisotropie einer Ätzrate genutzt werden, um die Bodenfläche 220 und die um den Winkel 250 gegen die Bodenfläche 220 geneigte Seitenwand 230 der Kavität 210 auszubilden. Falls es sich bei dem Träger 200 um einen Siliciumwafer handelt, dessen Oberseite 201 durch eine {100}-Ebene gebildet ist, so kann die Bodenfläche 220 ebenfalls durch eine {100}-Ebene und die Seitenwand 230 durch eine {111}-Ebene des Trägers 200 gebildet werden. In diesem Fall beträgt der Winkel 250 zwischen der Seitenwand 230 und der Bodenfläche 220 der Kavität 210 etwa 54,74°. Die Bodenfläche 220 und/oder die Seitenwand 230 der Kavität 210 können aber auch durch andere Kristallebenen gebildet sein. Der Träger 200 kann auch ein anderes Material als Silicium aufweisen. Die Kavität 210 kann auch durch ein anderes als ein Ätzverfahren ausgebildet werden.
Der Träger 200 des ersten Laserbauelements 10 weist einen ersten Durchkontakt 260 und einen zweiten Durchkontakt 270 auf. Die Durchkontakte 260, 270 erstrecken sich jeweils von der Bodenfläche 220 der Kavität 210 zur Unterseite 202 des Trägers 200. An der Bodenfläche 220 der Kavität 210 sind ein erstes Kontaktelement 261 und ein zweites Kontaktelement 271 angeordnet. An der Unterseite 202 des Trägers 200 sind eine erste Lötkontaktfläche 262 und eine zweite Lötkontaktfläche 272 angeordnet. Das erste Kontaktelement 261 ist über den ersten Durchkontakt 260 elektrisch leitend mit der ersten Lötkontaktfläche 262 verbunden. Das zweite Kontaktelement 271 ist über den zweiten Durchkontakt 270 elektrisch leitend mit der zweiten Lötkontaktfläche 272 verbunden. Die Kontaktelemente 261, 271 und die Lötkontaktflächen 262, 272 können beispielsweise als planare Metallisierungen ausgebildet sein. Die Durchkontakte 260, 270 können beispielsweise als in dem Träger 200 angeordnete Öffnungen ausgebildet sein, die mit einem elektrisch leitenden Material gefüllt sind.
Die erste Lötkontaktfläche 262 und die zweite Lötkontaktfläche 272 an der Unterseite 202 des Trägers 200 können zur elektrischen Kontaktierung des ersten Laserbauelements 10 dienen. Das erste Laserbauelement 10 kann beispielsweise als SMT-Bauelement für eine Oberflächenmontage vorgesehen sein, beispielsweise für eine Oberflächenmontage durch Wiederaufschmelzlöten (Reflow-Löten).
Der Laserchip 400 ist in der Kavität 210 des Trägers 200 an der Bodenfläche 220 der Kavität 210 angeordnet. Dabei ist eine Unterseite 410 des Laserchips 400 der Bodenfläche 220 zugewandt. Eine erste Kontaktfläche 411 und eine zweite Kontaktfläche 412 des Laserchips 400 stehen in elektrisch leitender Verbindung zum ersten Kontaktelement 261 und zum zweiten Kontaktelement 271 an der Bodenfläche 220 der Kavität 210 des Trägers 200. Im in 1 gezeigten Beispiel sind die Kontaktflächen 411, 412 des Laserchips 400 an der Unterseite 410 des Laserchips 400 angeordnet und, beispielsweise über Lötverbindungen, mit den Kontaktelementen 261, 271 an der Bodenfläche 220 der Kavität 210 verbunden. Die Kontaktflächen 411, 412 könnten aber auch an anderen Stellen des Laserchips 400 angeordnet und/oder auf andere Weise, beispielsweise über Bondverbindungen, mit den Kontaktelementen 261, 271 des Trägers 200 verbunden sein.
Der Träger 200 des ersten Laserbauelements 10 kann neben dem ersten Durchkontakt 260 und dem zweiten Durchkontakt 270 weitere Durchkontakte aufweisen, die dazu vorgesehen sind, Abwärme von dem Laserchip 400 abzuführen und zur Unterseite 202 des Trägers 200 des Gehäuses 100 zu transportieren. Diese weiteren Durchkontakte können mit weiteren Kontaktelementen an der Bodenfläche 220 der Kavität 210 verbunden sein, die dazu dienen, thermisch gut leitende Verbindungen zu den Laserchip 400 herzustellen. Außerdem können die weiteren Durchkontakte mit weiteren Lötkontaktflächen an der Unterseite 202 des Trägers 200 verbunden sein, die dazu dienen, die Abwärme aus dem ersten Laserbauelement 10 auszuleiten.
Der Laserchip 400 weist eine Laserfacette 420 auf, die senkrecht zur Unterseite 410 des Laserchips 400 orientiert ist.
Der Laserchip 400 ist dazu ausgebildet, an seiner Laserfacette 420 einen Laserstrahl 440 in eine Emissionsrichtung 430 abzustrahlen, die senkrecht zur Laserfacette 420 orientiert ist. Die Emissionsrichtung 430 verläuft damit im Wesentlichen parallel zur Unterseite 410 des Laserchips 400 und damit auch im Wesentlichen parallel zur Bodenfläche 220 der Kavität 210 des Trägers 200. Die Emissionsrichtung 430 des Laserchips 400 ist in Richtung zu der Seitenwand 230 der Kavität 210 orientiert.
Der von dem Laserchip 400 emittierte Laserstrahl 440 soll von dem ersten Laserbauelement 10 in zur Oberseite 201 des Trägers 200 senkrechte Richtung abgestrahlt werden. Dazu muss der von dem Laserchip 400 emittierte Laserstrahl 440 um 90° abgelenkt werden. Hierzu weist das erste Laserbauelement 10 ein erstes reflektierendes Element 500 auf.
Das erste reflektierende Element 500 weist die geometrische Form eines Prismas mit dreieckiger Grundfläche auf, bevorzugt die geometrische Form eines Zylinders. Damit ist das erste reflektierende Element 500 keilförmig ausgebildet. Das erste reflektierende Element 500 kann beispielsweise aus Glas bestehen.
Das erste reflektierende Element 500 weist eine reflektierende Oberfläche 510 und eine Anlagefläche 520 auf. Die reflektierende Oberfläche 510 und die Anlagefläche 520 schließen einen Winkel 530 ein. Der Winkel 530 zwischen der reflektierenden Oberfläche 510 und der Anlagefläche 520 des ersten reflektierenden Elements 500 ist so bemessen, dass die Differenz zwischen dem Winkel 250, um den die Seitenwand 230 der Kavität 210 gegen die Bodenfläche 220 der Kavität 210 geneigt ist, und dem Winkel 530 zwischen der reflektierenden Oberfläche 510 und der Anlagefläche 520 des ersten reflektierenden Elements 500 einen Wert von 45° aufweist. Falls der Winkel 250, um den die Seitenwand 230 gegen die Bodenfläche 220 der Kavität 210 geneigt ist, beispielsweise 54,74° beträgt, so weist der Winkel 530 zwischen der reflektierenden Oberfläche 510 und der Anlagefläche 520 des ersten reflektierenden Elements 500 einen Wert von 9,74° auf.
Das erste reflektierende Element 500 ist in der Kavität 210 des Trägers 200 angeordnet. Dabei liegt die Anlagefläche 520 des ersten reflektierenden Elements 500 an der Seitenwand 230 der Kavität 210 an. Gleichzeitig liegt das erste reflektierende Element 500 auch an der Kante 240 zwischen der Bodenfläche 220 und der Seitenwand 230 der Kavität 210 an. Hierdurch ist eine festgelegte Position und Orientierung des ersten reflektierenden Elements 500 in der Kavität 210 des Trägers 200 sichergestellt. Die reflektierende Oberfläche 510 des ersten reflektierenden Elements 500 ist zur Laserfacette 420 des in der Kavität 210 angeordneten Laserchips 400 orientiert.
Aus der beschriebenen Anordnung des ersten reflektierenden Elements 500 ergibt sich, dass die reflektierende Oberfläche 510 des ersten reflektierenden Elements 500 gegen die Bodenfläche 220 der Kavität 210 um einen Winkel 540 von 45° geneigt ist. Außerdem schließt die Emissionsrichtung 430 des Laserchips 400 mit der reflektierenden Oberfläche 510 des ersten reflektierenden Elements 500 einen Winkel 550 von ebenfalls 45° ein. Die Orientierung des ersten reflektierenden Elements 500 in der Kavität 210 des Trägers 200 lässt sich auch dadurch ausdrücken, dass eine Ebene existiert, die senkrecht zu der Bodenfläche 220 der Kavität 210, senkrecht zur Laserfacette 420 des Laserchips 400 und senkrecht zur reflektierenden Oberfläche 510 des ersten reflektierenden Elements 500 orientiert ist. Abhängig von der Herstellungsgenauigkeit können sich natürlich gewisse Toleranzen und Abweichungen ergeben.
Im Betrieb des ersten Laserbauelements 10 trifft der von dem Laserchip 400 an seiner Laserfacette 420 in die Emissionsrichtung 430 emittierte Laserstrahl 440 unter dem Winkel 550 von 45° auf die reflektierende Oberfläche 510 des ersten reflektierenden Elements 500 und wird dadurch in zur Emissionsrichtung 430 senkrechte Richtung, also auch in zur Bodenfläche 220 der Kavität 210 des Trägers 200 senkrechte Richtung, abgelenkt. Der so abgelenkte Laserstrahl 440 tritt an der Oberseite 201 des Trägers 200 aus der Kavität 210 des Trägers 200 aus und wird somit durch das erste Laserbauelement 10 abgestrahlt.
Die Kavität 210 des Trägers 200 kann an der Oberseite 201 des Trägers 200 mittels eines Deckels 300 verschlossen sein. Bevorzugt ist die Kavität 210 durch den Deckel 300 hermetisch dicht verschlossen, um im Betrieb des ersten Laserbauelements 10 eine übermäßige Alterung der Laserfacette 420 des Laserchips 400 zu vermeiden. Der Deckel 300 weist ein optisch transparentes Material auf, beispielsweise ein Glas. Der Deckel 300 kann beispielsweise als planparallele Platte ausgebildet sein. Der an der reflektierenden Oberfläche 510 des ersten reflektierenden Elements 500 reflektierte Laserstrahl 440 tritt durch den Deckel 300 aus der Kavität 210 des Trägers 200 aus und wird dabei bevorzugt nicht oder nur wenig abgelenkt.
Zur Herstellung des ersten Laserbauelements 10 wird zunächst die Kavität 210 an der Oberseite 201 des Trägers 200 angelegt. Anschließend wird das erste reflektierende Element 500 in der Kavität 210 angeordnet und derart an der Seitenwand 230 der Kavität 210 befestigt, dass das erste reflektierende Element 500 an der Kante 240 zwischen der Bodenfläche 220 und der Seitenwand 230 der Kavität 210 anliegt. Das Befestigen der Anlagefläche 520 des ersten reflektierenden Elements 500 an der Seitenwand 230 der Kavität 210 kann beispielsweise durch Kleben oder durch Löten erfolgen.
Es ist möglich, den Träger 200 zum Anordnen des ersten reflektierenden Elements 500 in der Kavität 210 des Trägers 200 derart zu neigen, dass die Kante 240 zwischen der Bodenfläche 220 und der Seitenwand 230 der Kavität 210 unterhalb der Bodenfläche 220 und unterhalb der Seitenwand 230 angeordnet ist. Dadurch rutscht das erste reflektierende Element 500 unter dem Einfluss der Schwerkraft an der Seitenwand 230 der Kavität 210 von selbst bis zur Kante 240 zwischen der Seitenwand 230 und der Bodenfläche 220, wodurch sichergestellt wird, dass das erste reflektierende Element 500 in der Kavität 210 des Trägers 200 die gewünschte Position und Orientierung einnimmt.
In einem weiteren Herstellungsschritt wird der Laserchip 400 an der Bodenfläche 220 der Kavität 210 des Trägers 200 angeordnet. Das Anordnen des Laserchips 400 in der Kavität 210 kann auch vor dem Anordnen des ersten reflektierenden Elements 500 in der Kavität 210 des Trägers 200 erfolgen. Eine gewünschte Position und Orientierung des Laserchips 400 in der Kavität 210 des Trägers 200 kann sich beispielsweise durch eine selbsttätige Ausrichtung des Laserchips 400 während der Herstellung von Lötverbindungen zwischen den Kontaktflächen 411, 412 des Laserchips 400 und den Kontaktelementen 261, 271 an der Bodenfläche 220 der Kavität 210 einstellen.
Anschließend kann die Kavität 210 des Trägers 200 mit dem Deckel 300 verschlossen werden.
Es ist möglich, an der Oberseite 201 des Trägers 200 mehrere Kavitäten 210 auszubilden. Hierbei kann der Träger 200 beispielsweise als Wafer ausgebildet sein. Dann können in allen Kavitäten 210 des Trägers 200 Laserchips 400 und erste reflektierende Elemente 500 in der beschriebenen Weise angeordnet werden. Anschließend kann der Träger 200 zerteilt werden, um die so hergestellten mehreren ersten Laserbauelemente 10 zu vereinzeln.
2 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht eines zweiten Laserbauelements 20. Das zweite Laserbauelement 20 und das zur Herstellung des zweiten Laserbauelements 20 genutzte Herstellungsverfahren weisen große Übereinstimmungen mit dem anhand der 1 beschriebenen ersten Laserbauelement 10 und dem Verfahren zur Herstellung des ersten Laserbauelements 10 auf. Einander entsprechende Komponenten sind daher in den Darstellungen der 1 und 2 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nachfolgend werden lediglich die Abweichungen zwischen dem zweiten Laserbauelement 20 und dem ersten Laserbauelement 10 beschrieben.
Das zweite Laserbauelement 20 weist anstelle des ersten reflektierenden Elements 500 ein zweites reflektierendes Element 600 auf. Das zweite reflektierende Element 600 weist die geometrische Form eines Prismas oder eines Zylinders mit dreieckiger Grundfläche auf. Auch das zweite reflektierende Element 600 kann beispielsweise aus Glas bestehen.
Das zweite reflektierende Element 600 weist eine reflektierende Oberfläche 610 und eine Anlagefläche 620 auf. Die Anlagefläche 620 des zweiten reflektierenden Elements 600 liegt an der Bodenfläche 220 der Kavität 210 des Trägers 200 des zweiten Laserbauelements 20 an. Dabei ist das zweite reflektierende Element 600 auch in Anlage mit der Kante 240 zwischen der Bodenfläche 220 und der Seitenwand 230 der Kavität 210, wodurch die Position und Orientierung des zweiten reflektierenden Elements 600 festgelegt ist.
Die reflektierende Oberfläche 610 des zweiten reflektierenden Elements 600 ist der Laserfacette 420 des Laserchips 400 des zweiten Laserbauelements 20 zugewandt. Die reflektierende Oberfläche 610 des zweiten reflektierenden Elements 600 schließt mit der Bodenfläche 220 der Kavität 210 des Trägers 200 einen Winkel 640 von 45° ein. Dadurch schließt die Emissionsrichtung 430 des Laserchips 400 mit der reflektierenden Oberfläche 610 des zweiten reflektierenden Elements 600 einen Winkel 650 ein, der ebenfalls 45° beträgt.
Bei der Herstellung des zweiten Laserbauelements 20 wird die Anlagefläche 620 des zweiten reflektierenden Elements 600 an der Bodenfläche 220 der Kavität 210 des Trägers 200 befestigt, beispielsweise mittels einer Klebeverbindung oder einer Lötverbindung. Auch bei der Herstellung des zweiten Laserbauelements 20 kann der Träger 200 zur Ausrichtung des zweiten reflektierenden Elements 600 derart geneigt werden, dass die Kante 240 zwischen der Bodenfläche 220 und der Seitenwand 230 der Kavität 210 unterhalb der Bodenfläche 220 und unterhalb der Seitenwand 230 angeordnet ist, sodass das zweite reflektierende Element 600 durch die Schwerkraft in Richtung zu der Kante 240 zwischen der Bodenfläche 220 und der Seitenwand 230 gezogen wird.
3 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht eines dritten Laserbauelements 30. Das dritte Laserbauelement 30 und das zur Herstellung des dritten Laserbauelements 30 dienende Verfahren weisen große Übereinstimmung mit dem anhand der 1 erläuterten ersten Laserbauelement 10 und dem Verfahren zur Herstellung des ersten Laserbauelements 10 auf. In 3 sind daher für entsprechende Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet wie in 1. Nachfolgend werden lediglich die Unterschiede zwischen dem dritten Laserbauelement 30 und dem ersten Laserbauelement 10 erläutert.
Das dritte Laserbauelement 30 weist anstelle des ersten reflektierenden Elements 500 ein drittes reflektierendes Element 700 auf. Das dritte reflektierende Element 700 weist die geometrische Form eines Prismas mit trapezförmiger Querschnittsfläche auf, bevorzugt die geometrische Form eines Zylinders. Auch das dritte reflektierende Element 700 kann beispielsweise aus Glas bestehen.
Das dritte reflektierende Element 700 weist eine reflektierende Oberfläche 710, eine erste Anlagefläche 720 und eine zweite Anlagefläche 730 auf. Die erste Anlagefläche 720 des dritten reflektierenden Elements 700 liegt an der Seitenwand 230 der Kavität 210 des Trägers 200 an. Die zweite Anlagefläche 730 des dritten reflektierenden Elements 700 liegt an der Bodenfläche 220 der Kavität 210 des Trägers 200 an. Das dritte reflektierende Element 700 liegt auch an der Kante 240 zwischen der Bodenfläche 220 und der Seitenwand 230 der Kavität 210 an, wodurch die Orientierung und Position des dritten reflektierenden Elements 700 mit hoher Genauigkeit festgelegt ist.
Die reflektierende Oberfläche 710 des dritten reflektierenden Elements 700 ist der Laserfacette 420 des Laserchips 400 zugewandt. Die reflektierende Oberfläche 710 schließt mit der Bodenfläche 220 der Kavität 210 des Trägers 200 einen Winkel 740 von 45° ein. Dadurch schließt die Emissionsrichtung 430 des Laserchips 400 mit der reflektierenden Oberfläche 710 des dritten reflektierenden Elements 700 einen Winkel 750 ein, der ebenfalls 45° beträgt.
Die Montage des dritten reflektierenden Elements 700 in der Kavität 210 des Trägers 200 des dritten Laserbauelements 30 kann ebenfalls unter leichter Verkippung des Trägers 200 erfolgen, sodass die Kante 240 zwischen der Bodenfläche 220 und der Seitenwand 230 unterhalb der Bodenfläche 220 und unterhalb der Seitenwand 230 der Kavität 210 angeordnet ist. Dadurch hält die Schwerkraft das dritte reflektierende Element 700 in Anlage mit der Bodenfläche 220 und der Seitenwand 230 der Kavität 210.
Die Erfindung wurde anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben. Dennoch ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Vielmehr können hieraus andere Variationen vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

10: erstes Laserbauelement
20: zweites Laserbauelement
30: drittes Laserbauelement
100: Gehäuse
200: Träger
201: Oberseite
202: Unterseite
210: Kavität
220: Bodenfläche
230: Seitenwand
240: Kante
250: Winkel
260: erster Durchkontakt
261: erstes Kontaktelement
262: erste Lötkontaktfläche
270: zweiter Durchkontakt
271: zweites Kontaktelement
272: zweite Lötkontaktfläche
300: Deckel
400: Laserchip
410: Unterseite
411: erste Kontaktfläche
412: zweite Kontaktfläche
420: Laserfacette
430: Emissionsrichtung
440: Laserstrahl
500: erstes reflektierendes Element
510: reflektierende Oberfläche
520: Anlagefläche
530: Winkel
540: Winkel
550: Winkel
600: zweites reflektierendes Element
610: reflektierende Oberfläche
620: Anlagefläche
640: Winkel
650: Winkel
700: drittes reflektierendes Element
710: reflektierende Oberfläche
720: erste Anlagefläche
730: zweite Anlagefläche
740: Winkel
750: Winkel

Claims

Laserbauelement (10, 20, 30) mit einem Gehäuse (100), das einen Träger (200) umfasst, der eine Kavität (210) mit einer Bodenfläche (220) und einer Seitenwand (230) aufweist, wobei in der Kavität (210) ein Laserchip (400) angeordnet ist, dessen Emissionsrichtung (430) parallel zu der Bodenfläche (220) orientiert ist, wobei in der Kavität (210) ein reflektierendes Element (500, 600, 700) angeordnet ist und an einer Kante (240) zwischen der Bodenfläche (220) und der Seitenwand (230) anliegt, wobei eine reflektierende Oberfläche (510, 610, 710) des reflektierenden Elements (500, 600, 700) mit der Bodenfläche (220) der Kavität (210) einen Winkel (540, 640, 740) von 45° einschließt, wobei die Emissionsrichtung (430) mit der reflektierenden Oberfläche (510, 610, 710) des reflektierenden Elements (500, 600, 700) einen Winkel (550, 650, 750) von 45° einschließt.
Laserbauelement (10, 30) gemäß Anspruch 1, wobei das reflektierende Element (500, 700) an der Seitenwand (230) anliegt.
Laserbauelement (20, 30) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das reflektierende Element (600, 700) an der Bodenfläche (220) anliegt.
Laserbauelement (10, 20, 30) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kavität (210) mittels eines Deckels (300) verschlossen ist.
Laserbauelement (10, 20, 30) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das reflektierende Element (500, 600, 700) ein Glas aufweist.
Laserbauelement (10, 20, 30) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das reflektierende Element (500, 600, 700) als Prisma ausgebildet ist.
Laserbauelement (10, 20, 30) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Seitenwand (230) gegenüber der Bodenfläche (220) um einen von 45° verschiedenen Winkel (250) geneigt ist.
Laserbauelement (10, 20, 30) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger (200) ein zumindest teilweise kristallines Halbleitermaterial aufweist.
Laserbauelement (10, 20, 30) gemäß Anspruch 8, wobei der Träger (200) Silicium aufweist, wobei die Bodenfläche (220) durch eine {100}-Ebene des Trägers (200) gebildet ist, wobei die Seitenwand (230) durch eine {111}-Ebene des Trägers (200) gebildet ist.
Verfahren zum Herstellen eines Laserbauelements (10, 20, 30) mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen eines Trägers (200), der eine Kavität (210) mit einer Bodenfläche (220) und einer Seitenwand (230) aufweist; – Anordnen eines Laserchips (400) in der Kavität (210) derart, dass eine Emissionsrichtung (430) des Laserchips (400) parallel zu der Bodenfläche (220) orientiert ist; – Anordnen eines reflektierenden Elements (500, 600, 700) in der Kavität (210) derart, dass das reflektierende Element (500, 600, 700) an einer Kante (240) zwischen der Bodenfläche (220) und der Seitenwand (230) anliegt, eine reflektierende Oberfläche (510, 610, 710) des reflektierenden Elements (500, 600, 700) mit der Bodenfläche (220) der Kavität (210) einen Winkel (540, 640, 740) von 45° einschließt und die Emissionsrichtung (430) mit der reflektierenden Oberfläche (510, 610, 710) des reflektierenden Elements (500, 600, 700) einen Winkel (550, 650, 750) von 45° einschließt.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei der Träger (200) während des Anordnens des reflektierenden Elements (500, 600, 700) so geneigt wird, dass die Kante (240) zwischen der Bodenfläche (220) und der Seitenwand (230) unterhalb der Bodenfläche (220) und unterhalb der Seitenwand (230) angeordnet ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 und 11, wobei das Bereitstellen des Trägers (200) ein Anlegen der Kavität (210) mittels eines Ätzprozesses umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das reflektierende Element (500, 600, 700) mittels einer Lötverbindung oder einer Klebeverbindung in der Kavität (210) befestigt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Verfahren den folgenden weiteren Schritt umfasst: – Verschließen der Kavität (210) mittels eines Deckels (300).
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei der Träger (200) mit mehreren Kavitäten (210) bereitgestellt wird, die jeweils eine Bodenfläche (220) und eine Seitenwand (230) aufweisen, wobei in jeder Kavität (210) jeweils ein Laserchip (400) so angeordnet wird, dass eine Emissionsrichtung (430) des Laserchips (400) parallel zu der Bodenfläche (220) der Kavität (210) orientiert ist, wobei in jeder Kavität (210) ein reflektierendes Element (500, 600, 700) so angeordnet wird, dass das reflektierende Element (500, 600, 700) an einer Kante (240) zwischen der Bodenfläche (220) und der Seitenwand (230) der Kavität (210) anliegt, eine reflektierende Oberfläche (510, 610, 710) des reflektierenden Elements (500, 600, 700) mit der Bodenfläche (220) der Kavität (210) einen Winkel (540, 640, 740) von 45° einschließt und die Emissionsrichtung (430) mit der reflektierenden Oberfläche (510, 610, 710) des reflektierenden Elements (500, 600, 700) einen Winkel (550, 650, 750) von 45° einschließt.