DE102014114732B4 - Verfahren zum anbringen eines sättigbaren halbleiter-absorberelements auf einem träger und halbleiter-absorberelement-einheit - Google Patents

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Abstract

Zur Herstellung einer sättigbaren Halbleiter-Absorberelement-Einheit (9) beispielsweise zur Unterstützung der Modenkopplung von gepulsten Lasersystemen wird ein Halbleiter-Absorberelement (1, 21) mit seiner Laserstrahlungseinfallseite (1a) auf einer formgebenden Seite (5a) eines Werkstücks (5) angesprengt bzw. aufgepresst, wobei die formgebenden Seite (5a) eine optische Oberflächengüte aufweist. Dabei wird eine definierte Oberflächenform der formgebenden Seite (5a) auf das sättigbare Halbleiter-Absorberelement (1) übertragen. Das angesprengte sättigbare Halbleiter-Absorberelement (1) wird dann auf einem Trägerelement (3) unter Beibehaltung der definierten Oberflächenform angebracht. Anschließend wird das Werkstück (5) vom sättigbaren Halbleiter-Absorberelement (1) abgelöst, wobei die Laserstrahlungseinfallseite (1a) im Wesentlichen die Oberflächenform (und insbesondere zumindest zu einem gewissen Grad die optische Oberflächengüte) der formgebenden Seite (5a) des Werkstücks (5) beibehält.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein sättigbares Halbleiter-Absorberelement zur Unterstützung und/oder Erzeugung der Modenkopplung von gepulsten Lasersystemen und insbesondere ein Verfahren zum Anbringen eines derartigen sättigbaren Halbleiter-Absorberelements auf einem Träger.
  • Sättigbare Halbleiter-Absorber weisen eine Absorber-Schichtstruktur auf, die ihre Absorptionsfähigkeit hinsichtlich einer einfallenden Laserstrahlung in Abhängigkeit der Intensität der einfallenden Laserstrahlung verändert. Üblicherweise werden sättigbare Halbleiter-Absorber in Kombination mit einer sich an die Absorber-Schichtstruktur anschließenden Reflexionsschichtstruktur oder einer in die Reflexionsschichtstruktur integrierten Absorber-Schichtstruktur als sättigbare Halbleiter-Absorberspiegel in linearen oder Ringresonatoren eingesetzt. Bei derartigen Absorberspiegeln führt eine geringe Absorption zu einer hohen Reflektivität. Alternativ können sättigbare Halbleiter-Absorber in Transmission eingesetzt werden, beispielsweise in linearen Laserresonatoren vor einem Endspiegel oder in Ringresonatoren.
  • Bei der Verwendung eines Absorberspiegels in einem gepulsten Lasersystem erhöht sich ausgehend von einer geringen Reflektivität bei niedrigen Intensitäten die Reflektivität des Absorberspiegels aufgrund der Sättigung der Absorption mit zunehmender Intensität, z.B. innerhalb eines Pulses, der einfallenden Strahlung. Entsprechend reflektiert ein Absorberspiegel im Grundzustand kaum, d.h. er ist so ausgelegt, dass Dauerstrichlicht die Absorber-Schichtstruktur kaum bzw. nicht ausbleicht, die Reflektivität also gering bleibt. Im Gegensatz dazu können hohe Spitzenintensitäten eines Laserpulses den Absorberspiegel jedoch ausbleichen. Nach dem Laserpuls erholt sich die Absorptionsfähigkeit ohne einfallende Strahlung aufgrund von intra-band und inter-band Vorgängen. Entsprechend fällt die Reflektivität von einem Maximum (üblicherweise größer 99 % bei hochreflektiven sättigbaren Halbleiterabsorberspiegeln) wieder ab. Somit kann ein Absorberspiegel einen Laserpuls mit hoher Intensität besser reflektieren als Dauerstrichlicht, das sich zwischen Pulsen ausbilden kann. Diese Eigenschaft des Absorberspiegels kann die Ausbildung der Modenkopplung unterstützen und eine stationäre Modenkopplung in gepulsten Lasersystemen gewährleisten.
  • Sättigbare Halbleiter-Absorberelemente können beispielsweise mittels Molekularstrahlepitaxie (MBE) oder metallorganisch chemischer Gasphasenabscheidung (MOCVD) hergestellt werden. Bedingt durch die Bauteileigenschaften und die Montage auf einer Wärmesenke weisen sättigbare Halbleiter-Absorberelemente im Vergleich zu anderen optischen Intra-cavity-Elementen geringe optische Oberflächengüten auf. Hier ist zu ergänzen, dass die Rauigkeit und allgemeine Oberflächenqualität eines Halbleiter-Absorberelements an sich sehr gut sein kann. Allerdings kann sich durch die Montage auf eine Wärmesenke speziell bei thermisch vorteilhaften dünnen Halbleiter-Absorberelementen die Formabweichung vergrößern. D.h., die Gesamtform weicht von der gewünschten sphärischen oder planen Form ab und wird beispielsweise elliptisch oder anderweitig verformt. Bei der Verwendung von extrem dicken Wafern kann auch nach der Montage eine noch akzeptierbare Formabweichung erhalten bleiben, allerdings geht dies auf Kosten der thermischen Wärmeableitung.
  • Die zunehmende Formabweichung kann insbesondere bei großen Strahldurchmessern auf dem Halbleiter-Absorberelement die Strahlqualität im Laserresonator und damit die Resonator-interne Leistung beeinflussen und u.a. zu lokalen Schäden auf dem Halbleiter-Absorberelement führen. Insbesondere ergeben sich Nachteile, wenn der Laserstrahl auf dem Halbleiter-Absorberelement bewegt werden soll, um entsprechend andere Positionen auf dem Halbleiter-Absorberelement einzunehmen.
  • Einem Aspekt dieser Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Anbringen eines sättigbaren Halbleiter-Absorberelements auf einem Träger derart auszugestalten, dass die Oberflächenbeschaffenheit des sättigbaren Halbleiter-Absorberelements in seiner Oberflächengüte, beispielsweise in seiner sphärische Krümmung oder planen Form, erhalten oder sogar erhöht wird. Ferner liegt dieser Offenbarung die Aufgabe zugrunde, eine Halbleiter-Absorberelement-Einheit anzugeben, die es erlaubt, ein sättigbares Halbleiter-Absorberelement in Laserresonatoren mit großem Laserstrahldurchmesser einzusetzen.
  • Zumindest eine dieser Aufgaben wird gelöst durch ein Verfahren zum Anbringen eines sättigbaren Halbleiter-Absorberelements nach Anspruch 1 und durch eine Halbleiter-Absorberelement-Einheit nach Anspruch 9. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • In einem Aspekt weist ein Verfahren zur Herstellung eines sättigbaren Halbleiter-Absorberelements zur Unterstützung der Modenkopplung von gepulsten Lasersystemen folgende Schritte auf. Es werden ein Werkstück mit einer formgebenden Seite, die eine definierte Oberflächenform mit einer (insbesondere später für das Halbleiter-Absorberelement gewünschten) optischen Oberflächengüte aufweist, und ein z.B. planes sättigbares Halbleiter-Absorberelement mit einer Laserstrahlungseinfallseite und einer Substratseite bereitgestellt. Das sättigbare Halbleiter-Absorberelement wird mit der Laserstrahlungseinfallseite auf der formgebenden Seite des Werkstücks formkontaktiert, z.B. angesprengt oder aufgepresst, wobei die definierte Oberflächenform der formgebenden Seite auf das sättigbare Halbleiter-Absorberelement (und insbesondere zumindest teilweise die optische Oberflächengüte) übertragen wird. Ferner wird ein Trägerelement mit einer Anbringseite, die eine einer inversen Form der definierten Oberflächenform ähnliche Oberflächenform (in anderen Worten; eine der definierten inversen Oberflächenform ähnliche Oberflächenform) aufweist bereitgestellt. Die Oberflächenform des Trägerelements kann jedoch von der definierten Oberflächenform abweichen und/oder eine deutlich niedrigere Oberflächengüte aufweisen. Das formkontaktierte sättigbare Halbleiter-Absorberelement wird auf dem Trägerelement unter Beibehaltung der definierten Oberflächenform angebracht, beispielsweise geklebt oder gelötet. Anschließend wird das Werkstück vom sättigbaren Halbleiter-Absorberelement abgelöst, wobei die Laserstrahlungseinfallseite im Wesentlichen die Oberflächenform (und insbesondere zumindest zu einem gewissen Grad die optische Oberflächengüte) des Werkstücks beibehält.
  • Beispiele für eine definierte Oberflächenform bzw. eine zugehörige inverse Form sind plane Oberflächen sowie konkav oder konvex geformte Oberflächen mit entsprechenden Krümmungsradien von z. B. 0 m (plan), ±5 m oder ±100 mm, insbesondere für eine Strahlanpassung im Laserresonator. Unter einer optischen Oberflächengüte wird hierin eine Oberflächenqualität verstanden, die der für die Verwendung in einem Laserresonator erforderlichen Oberflächenqualität entspricht. Eine optische Oberflächengüte wird üblicherweise durch Polieren einer Oberfläche auf eine Rauheit entlang einer vorbestimmten Form erreicht. Oberflächen von Quarz-Glas und Saphir in Laserresonatoren weisen üblicherweise eine Rauheit beispielsweise kleiner 100 nm und Formgenauigkeiten von λ/4 oder weniger, beispielsweise λ/10, (z.B. bei einer Referenzwellenlänge von 650 nm) auf. Aufgebrachte Beschichtungen können insbesondere bei dünnen Substraten mit zunehmender Dicke und aufgrund der Ausbildung von internen Spannungen zur Abnahme der Oberflächengüte führen. Zwar kann eine Beschichtung die Mikrorauheit des Substrats im Wesentlich übernehmen, doch entstehende Verspannungen können zu einer Krümmung des Substrats führen. Entsprechend kann nach der Montage eine schlechte Oberflächengüte vorliegen. Die sich ergebende optische Oberflächengüte eines Halbleiter-Absorberelements kann entsprechend für die Verwendung in einem Laserresonator nicht mehr ausreichend sein. Dies ist insbesondere bei größeren einfallenden Strahldurchmessern auf dem Absorberelement der Fall.
  • Im Gegensatz dazu lassen sich Werkstücke mit definierten Oberflächenformen im Bereich von λ/4 oder λ/10 über mehrere Quadratzentimeter und optischen Oberflächengüten herstellen. Liegen sehr gute Mikrooberflächenqualitäten auf den entsprechenden Seiten des Werkstücks und des Halbleiter-Absorberelements vor, kann ein Ansprengen des Halbleiter-Absorberelements auf das Werkstück vorgenommen werden. Bei geringeren Mikrooberflächenqualitäten oder zu großen Formabweichungen kann es ausreichend sein, das Halbleiter-Absorberelement auf das Werkstück aufzupressen. Auch das Aufpressen kann zu einem lösbaren Befestigen der beiden Teile führen, wobei die Oberflächenformen und optischen Oberflächengüten von Werkstücken auf das Halbleiter-Absorberelement, insbesondere auf dessen Laserstrahlungseinfallseite, übertragen werden können.
  • Bei einem hinreichend dünnen Halbleiter-Absorberelement kann beispielsweise die Oberflächenform und die Oberflächengüte eines beispielsweise gekrümmten Werkstücks durch das Ansprengen auf die Oberflächengüte der Laserstrahlungseinfallseite eines ursprünglich beispielsweise planen sättigbaren Halbleiter-Absorberelements übertragen werden. Eine entsprechende Toleranz hinsichtlich einer damit eventuell einhergehenden Verformung der Substratseite kann durch die Anbringung des sättigbaren Halbleiter-Absorberelements am Trägerelement beispielsweise mit einer Klebe- oder Lötverbindung bereitgestellt werden.
  • Die Anforderungen an die Oberflächengüte des Trägerelements sind – im Vergleich zur formgebenden Seite des Werkstücks – reduziert, wobei die Formgebung des Trägerelements im Wesentlichen der inversen Form der definierten Oberflächenform des Werkstücks entsprechen sollte. In einigen Ausführungsformen können auch die Kombination aus Trägerelement, Substrat und Halbleiter-Absorberelement und die aufeinander angepassten Oberflächenformen zu einer definierten Form des Halbleiter-Absorberelements führen.
  • Das Anbringen des formkontaktierten sättigbaren Halbleiter-Absorberelements auf dem Trägerelement bildet eine feste Verbindung zwischen dem Halbleiter-Absorberelement und dem Trägerelement, sodass im Anschluss, z.B. nach dem Aushärten der Klebe- oder Lötverbindung, ein Ablösen des Werkstücks durchgeführt werden kann. Beispiele für Kleber sind z. B. Epoxidharze (z.B. silberhaltig) und Acrylate.
  • Um eine entsprechende Formgebung des Halbleiter-Absorberelements und eine entsprechende Anpassung an die Oberflächenform und Oberflächengüte des Werkstücks zu ermöglichen, kann die Dicke des Halbleiter-Absorberelements beispielsweise im Bereich von 500 µm oder weniger, insbesondere höchstens 400 µm bzw. 300 µm aufweisen. Beispielsweise kann eine derartige Dicke durch Polieren der Substratseite erzeugt werden. Zusätzlich zur besseren Übernahme der Form erleichtern dünne Substrate die thermische Ankopplung an das Trägerelement. Unter Umständen können auch Substratdicken von einigen Millimetern, beispielsweise 3 mm dem hierin offenbarten Verfahren zugrunde gelegt werden. Allerdings weisen die entsprechenden Halbleiter-Absorberelemente eine erhöhte Eigensteifigkeit auf, so dass eine Anpassung an kleinere Krümmungsradien nicht mehr möglich sein kann.
  • Um möglicherweise beim Anbringen oder im Betrieb auftretende thermische Verspannungen zu reduzieren, können für das Werkstück und/oder das Trägerelement und/oder das Halbleiter-Absorberelement Materialien mit einem ähnlichen Wärmeausdehnungsverhalten verwendet werden.
  • In einem weiteren Aspekt weist eine Halbleiter-Absorberelement-Einheit zur Unterstützung der Modenkopplung von gepulsten Lasern ein Trägerelement, ein sättigbares Halbleiter-Absorberelement und eine Verbindungsschicht zwischen denselben auf. Insbesondere weist dabei eine Laserstrahlungseinfallseite eine Oberflächengüte von z.B. λ/4 auf einer Fläche von 1 cm2 auf.
  • Hierin werden Konzepte offenbart, die es erlauben, zumindest teilweise Aspekte aus dem Stand der Technik zu verbessern. Insbesondere ergeben sich weitere Merkmale und deren Zweckmäßigkeiten aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung des Verfahrens zur Anbringung eines sättigbaren Halbleiter-Absorberelements auf einem Trägerelement für den Fall einer planen Oberflächenform,
  • 2 eine Halbleiter-Absorberelement-Einheit mit einem wassergekühlten Trägerelement und
  • 3 eine schematische Darstellung des Verfahrens für eine konkave Oberflächenform des Werkstücks und eine entsprechende konvexe Oberflächenform des Trägers.
  • Hierin beschriebene Aspekte basieren zum Teil auf der Erkenntnis, dass bei der Montage eines Halbleiter-Absorberelements auf einem Trägerelement in einem Zwischenschritt des Formkontaktierens einer Oberfläche eines Werkstücks, welche bevorzugt eine hohe Oberflächengüte aufweist, die Oberflächenform des Halbleiter-Absorberelements an die des Werkstücks angepasst und die Oberflächengüte des Halbleiter-Absorberelements erhöht werden kann. Die Oberflächenform und die Oberflächengüte können im Wesentlichen beibehalten werden, wenn das Halbleiter-Absorberelement anschließend auf einem Trägerelement formfest befestigt und danach vom Werkstück vorsichtig gelöst wird. Dadurch können Halbleiter-Absorberelemente auch bei Laserresonatoren mit hohen Intra-cavity-Pulsenergien, die insbesondere einen großen Strahldurchmesser auf dem Halbleiter-Absorberelement benötigen, verwendet werden. Beispiele für ein Formkontaktieren sind ein Ansprengen oder ein Aufpressen des Halbleiter-Absorberelements auf der Oberfläche des Werkstücks.
  • 1 verdeutlicht die verschiedenen Schritte bei der Anbringung eines sättigbaren Halbleiter-Absorberelements 1 auf einem Trägerelement 3 unter Zuhilfenahme eines formgebenden Werkstücks 5.
  • Das auf die Laserwellenlänge angepasste Halbleiter-Absorberelement 1 weist beispielsweise ein optisches Substrat oder Halbleitersubstrat und mindestens eine Absorber-Schichtstruktur mit mindestens einer sättigbaren, Laserstrahlung-absorbierenden Halbleiterschicht auf (nicht explizit in 1 gezeigt). Beispiele für eine sättigbare, Laserstrahlung-absorbierende Halbleiterschicht sind Quantentopf-Strukturen, Quantenpunkt-Strukturen und Graphen-Schichtstrukturen, die auf einem Substrat z.B. mittels MBE oder MOCVD und einem geeigneten Halbleitermaterial aufgebaut werden. Entsprechend weist das Halbleiter-Absorberelement 1 eine Laserstrahlungseinfallseite 1a und eine Substratseite 1b auf.
  • Das in 1 im Schnitt dargestellte Halbleiter-Absorberelement 1 ist beispielsweise ein durch Spannungen gekrümmtes Chip-Element. Beispielsweise handelt es sich um ein rechteckiges, z. B. quadratisches, Chip-Element, das durch Vereinzeln eines (MBE- oder MOCVD-) beschichteten Wafers (z.B. eines GaAs-Wafers) hergestellt wird. Beispielsweise kann epitaktisches Wachstum für ein auf Quantentöpfen basierendes Halbleiter-Absorberelement verwendet werden.
  • Das Substrat des Halbleiter-Absorberelements 1 wurde beispielsweise auf eine Dicke in der Größenordnung von 500 µm oder dünner, z.B. auf ca. 300 µm oder dünner, poliert. Dies kann beispielsweise vor oder nach dem Vereinzeln zu einzelnen Halbleiter-Absorberelement-Chips des Wafers erfolgen. Neben dem Gewinnen von rechteckigen Chip-Elementen können gegebenenfalls zur Reduzierung von Kissenverzerrungen runde oder ovale Chip-Elemente erzeugt werden. Beispielsweise können Chip-Elementen aus einem Wafer durch Ultrakurzpulslaserbearbeitung ausgeschnitten oder gebrochen werden. Aufgrund von im Halbleiter-Absorberelement 1 vorliegenden Spannungen kann sich das Halbleiter-Absorberelements 1 verformen, so dass beispielsweise eine ursprüngliche optische Oberflächengüte eines Substrats nach dem Beschichten und Vereinzeln verloren gegangen sein kann.
  • Vor dem Anbringen des Halbleiter-Absorberelements 1 auf dem Trägerelement 3 wird das Halbleiter-Absorberelement 1 auf dem formgebenden Werkstück 5 formkontaktiert, z.B. angesprengt oder aufgepresst (Schritt 30)). Das formgebende Werkstück 5 ist in 1 ebenfalls im Schnitt dargestellt und weist eine formgebende Seite 5a auf. Die formgebende Seite 5a ist hier beispielhaft plan ausgeführt und weist eine hohe optische Oberflächengüte, z. B. besser als λ/4, auf.
  • Das formgebende Werkstück 5 besteht zumindest auf seiner formgebenden Seite aus einem Material, das die Erzeugung von hohen Oberflächengüten erlaubt, beispielsweise aus Quarz oder Saphir. Ferner kann das formgebende Werkstück 5 ein Wärmeausdehnungsverhalten aufweisen, das im Wesentlichen dem des Halbleiter-Absorberelements 1 entspricht.
  • Nach dem beispielsweisen Ansprengen sitzt das Halbleiter-Absorberelement 1 fest – aber lösbar – auf dem Werkstück 5, wobei seine Substratseite 1b zugänglich ist. Mit der Substratseite 1b wird das Halbleiter-Absorberelement 1 auf dem Trägerelement 3 angebracht (Schritt 32).
  • Das Trägerelement 3 weist eine Anbringseite 3a auf. Wie das Werkstück hat die Anbringseite 3a im Fall der 1 ebenfalls beispielhaft eine plane Grundform. Auf ihr oder auf der Substratseite 1b wird nun beispielhaft ein Kleber 7 aufgetragen. Die Einheit aus Werkstück 5 und Halbleiter-Absorberelement 1 wird in Kontakt mit dem Kleber 7 gebracht und entsprechend ausgerichtet. Dann wird ein Aushärten des Klebers abgewartet, welches je nach Kleber und Werkstück 5 z.B. auch durch UV-Licht oder durch Wärme unterstützt werden kann. Der Kleber ist z.B. ein zwei-Komponenten-Kleber. In alternativen Ausführungsformen kann die Anbringung über ein Lot bewirkt werden.
  • 1 zeigt als Zwischenprodukt eine strukturelle Einheit, in der das Halbleiter-Absorberelement 1 fest am Trägerelement 3 angebracht ist und in der es lösbar am Werkstück 5 angebracht ist. Fest bedeutet hier fester als die durch das Formkontaktieren bewirkte Verbindung, so dass, wenn überhaupt, nur mit einem Risiko der Beschädigung eine Trennung des dünnen Halbleiter-Absorberelement 1 vom Trägerelement 3 möglich ist.
  • Als letzter Schritt wird nun, beispielsweise durch Abhebeln, das Werkstück 5 von der Halbleiter-Absorberelement-Einheit 9 gelöst (Schritt 34). Zu diesem Zweck kann das Werkstück 5 beispielsweise speziell mit einem Stempel versehen werden, um den Ablösevorgang zu erleichtern.
  • Die Halbleiter-Absorberelement-Einheit 9 weist das Trägerelement 3 und das an seiner Anbringseite 3a fest angebrachte Halbleiter-Absorberelement 1 auf. Aufgrund des Herstellungsverfahrens weist die Laserstrahlungseinfallseite 1a des Halbleiter-Absorberelements 1 eine optische Oberflächengüte auf, die im Wesentlichen der optischen Oberflächengüte des Werkstücks 5 entspricht, beispielsweise eine Formgenauigkeit von z.B. λ/4 oder λ/10 auf einer Fläche von 1 cm2.
  • Das Trägerelement 3 dient üblicherweise als Wärmesenke, welche die Erwärmung des Halbleiter-Absorberelements 1 im Laserbetrieb auf ein nicht-schädigendes Maß reduziert. Dazu ist das Trägerelement 3 beispielsweise mit einer Wasserkühlung ausgestattet.
  • Beispielhaft zeigt 2 schematisch ein wassergekühltes Trägerelement 13 mit einer Anbringseite 13a, Wasseranschlüssen 13b und Befestigungsöffnungen 13c zum Befestigen des Trägerelements 13 beispielsweise an einer Spiegelhalterung. Das Trägerelement 13 ist beispielsweise aus Kupfer, wärmeausdehnungsangepasstem Kupferwolframat oder Saphir. In 2 ist ferner ein Bereich der Anbringseite 13a gestrichelt angedeutet, in dem die Befestigungsposition das Halbleiter-Absorberelement 11 vorgenommen werden kann.
  • 3 verdeutlicht – analog zu 1 – das Verfahren zur Anbringung eines dünnen sättigbaren Halbleiter-Absorberelements 21 auf einem Trägerelement 23, welches eine konvex geformte Anbringseite 23a aufweist. Entsprechend ist eine formgebende Seite 25a eines Werkstücks 25 konkav ausgebildet, vorzugsweise mit dem gleichen Krümmungsradius. Eine umgekehrte Formgebung, d.h. ein konkav geformtes Trägerelement und eine konvex geformte formgebende Seite eines Werkstücks, ist ebenfalls möglich. Im Wesentlichen sind die in Zusammenhang mit 1 dargelegten Erläuterungen auch auf das in 3 gezeigte Verfahren zutreffend.
  • Insbesondere weist die formgebende Seite 25a eine hohe Oberflächengüte auf. Das Halbleiter-Absorberelement 21 wird mit seiner Laserstrahlungseinfallseite 21a auf der formgebenden Seite 25a des Werkstücks 25 angesprengt oder aufgepresst (Schritt 30). Anschließend wird das Halbleiter-Absorberelement 21 über eine Kleb- oder Lötverbindung 27 mit seiner Substratseite 21b auf der Anbringseite 23a des befestigt (Schritt 32). Nach erfolgter Befestigung des Halbleiter-Absorberelements 21 auf dem Trägerelement 23 wird das Werkstück 25 abgelöst (Schritt 34). In einigen Ausführungsformen erfolgt das Aufpressen erst nach dem Vorbereiten der Klebeverbindung (Aufbringen des Klebers auf Trägerelement 23 und/oder Halbleiter-Absorberelement 21) und somit zusammen mit dem Trägerelement.
  • Die Halbleiter-Absorberelement-Einheit 29 kann in einem Lasersystem zur Unterstützung der Modenkopplung eingesetzt werden. Insbesondere können durch das Verfahren Halbleiter-Absorberelement-Einheiten 29 hergestellt werden, die eine Verwendung von großen Strahldurchmessern auf der Laserstrahlungseinfallseite 21a der Halbleiter-Absorberelement-Einheiten 29, beispielsweise in Lasersystemen mit hohen Intra-Cavity-Pulsenergien, erfordern. Insbesondere sind große Strahldurchmesser empfindlich auf eine Abweichung von der Sphäre eines beispielsweise fokussierenden Halbleiter-Absorberelements. Derartige Lasersysteme können beispielsweise in Laserbearbeitungsanlagen zum Abtragen und Bohren, allgemein zur Mikrobearbeitung, sowie zum Laserschneiden, Laserhärten, Laserschweißen und Laserauftragsschweißen von Materialien bzw. in Stanz-Laser-Kombinationsanlagen eingesetzt werden.
  • Vor dem Ablösen des Werkstücks von der Halbleiter-Absorberelement-Einheit liegt eine eigenständige Einheit vor, die die geschützte Aufbewahrung der Halbleiter-Absorberelement-Einheit erlaubt. Somit kann durch Ablösen des Werkstücks eine hochwertige Laserstrahlungseinfallseite kurz vor dem Einsatz im Lasersystem bereitgestellt werden.
  • Es wird explizit betont, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale als getrennt und unabhängig voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung unabhängig von den Merkmalskombinationen in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen angesehen werden sollen. Es wird explizit festgehalten, dass alle Bereichsangaben oder Angaben von Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder Untergruppe von Einheiten zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung offenbaren, insbesondere auch als Grenze einer Bereichsangabe.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Anbringen eines sättigbaren Halbleiter-Absorberelements (1, 21) auf einem Trägerelement (3, 23) mit den Schritten: Bereitstellen eines Werkstücks (5, 25) mit einer formgebenden Seite (5a, 25a), die eine definierte Oberflächenform mit einer optischen Oberflächengüte aufweist, Bereitstellen eines sättigbaren Halbleiter-Absorberelements (1, 21) mit einer Laserstrahlungseinfallseite (1a, 21a) und einer Substratseite (1b, 21b), Bereitstellen eines Trägerelements (3, 23) mit einer Anbringseite (3a, 23a), die eine im Wesentlichen inverse Form der definierten Oberflächenform aufweist, Formkontaktieren (Schritt 30) des Halbleiter-Absorberelements (1, 21) mit der Laserstrahlungseinfallseite (1a, 21a) auf der formgebenden Seite (5a, 25a) des Werkstücks (5, 25), wobei die definierte Oberflächenform der formgebenden Seite (5a, 25a) auf das Halbleiter-Absorberelement (1, 21) übertragen wird, Anbringen (Schritt 32) des formkontaktierten Halbleiter-Absorberelements (1, 21) mit der Substratseite (1b, 21b) auf der Anbringseite (3a, 23a) des Trägerelements (3, 23) und Ablösen (Schritt 34) des Werkstücks (5, 25) vom Halbleiter-Absorberelement (1, 21), wobei die Laserstrahlungseinfallseite (1a, 21a) im Wesentlichen die Oberflächenform des Werkstücks (5, 25) beibehält.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Formkontaktieren das Halbleiter-Absorberelement (1, 21) mit der Laserstrahlungseinfallseite (1a, 21a) auf der formgebenden Seite (5a, 25a) des Werkstücks (5, 25) angesprengt wird oder mit der Laserstrahlungseinfallseite (1a, 21a) auf die formgebenden Seite (5a, 25a) des Werkstücks (5, 25), z.B. nach oder während des Anbringens (Schritt 32) des formkontaktierten Halbleiter-Absorberelements (1, 21) auf dem Trägerelement (3, 23), aufgepresst wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei zum Anbringen eine Kleberschicht (7, 27) zwischen der Substratseite (1b, 21b) und der Anbringseite (3a, 23a) vorgesehen wird, um eine feste Verbindung zwischen dem Halbleiter-Absorberelement (1, 21) und dem Trägerelement (3, 23) zu bewirken, und das Ablösen des Werkstücks (5, 25) nach dem Aushärten der Kleberschicht (7, 27) durchgeführt wird und/oder wobei zum Anbringen eine Lötverbindung zwischen der Substratseite (1b, 21b) und der Anbringseite (3a, 23a) vorgesehen wird, um eine feste Verbindung zwischen dem Halbleiter-Absorberelement (1, 21) und dem Trägerelement (3, 23) zu bewirken, und das Ablösen des Werkstücks (5, 25) nach dem Aushärten der Lötverbindung durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit Aufbringen eines flüssigen Klebers (7, 27), z.B. eines silberhaltigen zwei-Komponenten-Klebers, oder Lots auf der Anbringseite (1b, 21b) und Positionieren des formkontaktierten Halbleiter-Absorberelements (1, 21) auf der Anbringseite (3a, 23a) mit der Substratseite (1b, 21b) im flüssigen Kleber (7) oder Lot.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit Polieren des Halbleiter-Absorberelements (1, 21) auf eine Dicke von höchstens 3 mm, insbesondere von höchstens 500 µm, 400 µm bzw. 300 µm.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Anbringen des formkontaktierten Halbleiter-Absorberelements (1, 21) auf dem Trägerelement (3, 23) eine aufgrund des Formkontaktierens hervorgerufene Verformung der Substratseite (1b, 21b) des Halbleiter-Absorberelements (1, 21) im Wesentlichen beibehalten wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Materialien, wie z.B. Quarzglas oder Saphir, für das Werkstück (5, 25) und/oder das Trägerelement (3, 23) verwendet werden, die an eine Wärmeausdehnung des Halbleiter-Absorberelements (1, 21) angepasst sind.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Trägerelement (3, 23) als insbesondere gekühlte Wärmesenke ausgebildet ist und der Kleber (7, 27) eine Wärmeleitung zwischen dem Halbleiter-Absorberelement (1, 21) und der Wärmesenke bereitstellt.
  9. Halbleiter-Absorberelement-Einheit (9, 29) zur intensitätsabhängigen Absorption von Laserstrahlung und insbesondere zur Unterstützung der Modenkopplung von gepulsten Lasern mit einem, beispielsweise als kühlbare Wärmesenke ausgebildeten, Trägerelement (3, 23) mit einer Anbringseite (3a, 23a), einem sättigbaren Halbleiter-Absorberelement (1, 21) mit mindestens einer zwischen einer Laserstrahlungseinfallseite (1a, 21a) und einer Substratseite (1b, 21b) angeordneten Absorber-Schichtstruktur und mit einer Dicke von höchstens 3 mm, insbesondere von höchstens 500 µm, 400 µm bzw. 300 µm, und einer Verbindungsschicht (7, 27) zwischen der Anbringseite (3a, 23a) und der Substratseite (1b, 21b), die eine feste Verbindung zwischen dem Halbleiter-Absorberelement (1, 21) und dem Trägerelement (3, 23) herstellt, wobei die Laserstrahlungseinfallseite (1a, 21a) eine optischen Oberflächengüte von mindestens λ/4, beispielsweise mindestens λ/8 oder mindestens λ/10, auf einer Fläche von 1 cm2 aufweist.
  10. Halbleiter-Absorberelement-Einheit (9) nach Anspruch 9, ferner mit einem Werkstück (5, 25) mit einer formgebenden Seite (5a, 25a), die eine definierte Oberflächenform mit einer optischen Oberflächengüte aufweist, wobei das Halbleiter-Absorberelement (1, 21) mit der Laserstrahlungseinfallseite (1a, 21a) an die formgebende Seite (5a, 25a) formkontaktiert, beispielsweise angesprengt oder aufgepresst, ist.
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DE602005001602T2 (de) * 2004-04-15 2007-11-22 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma Bestückvorrichtung für elektronische bauteile und verfahren zum bestücken elektronischer bauteile

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