WO2019141733A1 - Verfahren zum herstellen eines gehäusedeckels für ein laserbauelement und gehäusedeckel für ein laserbauelement sowie laserbauelement - Google Patents

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copper
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Matthias KNÖRR
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01S5/0222—Gas-filled housings

Definitions

  • the application relates to a method for producing a housing cover for a laser component, in particular for a hermetically sealed housing. Furthermore, the application relates to a method for producing a laser component with such a housing cover. The application also relates to a housing cover for a laser component, which is produced in particular with the described manufacturing method. The application further relates to a laser device with such a housing cover.
  • a method for producing a housing cover for a laser component comprises, according to at least one embodiment, providing one at least partially
  • the window has one
  • Radiation emitted by a laser source of the laser device exit through the window from the laser device.
  • the window is as permeable as possible, in particular for the radiation generated by the laser source.
  • the window is for example a glass window.
  • the window is in accordance with other embodiments of another
  • the window is sapphire. Also one Mixture of different materials is possible, the
  • At least one element of the window has alumina, in particular A1203.
  • the window is made of alumina according to at least one embodiment. According to others
  • Embodiments comprise the window of alumina and additionally other materials.
  • a copper carrier is provided for the window.
  • the copper carrier is
  • Copper carrier is also designed to be with a
  • Housing body to be connected which is for example made of copper or another metal.
  • Copper carrier is designed so that radiation can transmit through the copper carrier, which is emitted during operation of the laser source. For example, this is for this
  • the copper carrier exists
  • copper in particular copper or has copper and other materials.
  • Oxide region formed on the copper carrier a copper oxide.
  • the copper oxide is formed on a surface of the copper carrier on which the window is subsequently arranged.
  • the copper oxide is prepared by heating the copper carrier in air.
  • Copper carrier coated with the copper oxide Only part of the surface, which is given as the oxide region, is coated with copper oxide.
  • the oxide area is provided in particular where a connection between the copper carrier and the window is to be formed.
  • the window is arranged at the oxide region.
  • the window is placed on the copper carrier so that the window is in contact with the oxide region.
  • a eutectic connection is formed between the window and the copper oxide in the oxide region.
  • the copper oxide which is a eutectic, has a lower melting point than pure copper and as the alumina.
  • the copper carrier and the copper oxide are heated only so far that only the copper oxide becomes liquid and the aluminum oxide and the pure copper of the copper carrier remain firm.
  • the copper carrier is heated with the copper oxide to a temperature above 1000 ° C, in particular above 1060 ° C and below 1080 ° C.
  • the liquid copper oxide wets the aluminum oxide and forms, for example, a copper aluminum, in particular CuA1204 or CuA102. After cooling, this crystallizes
  • the window is fixed to the copper carrier.
  • the eutectic compound is in particular a hermetically sealed connection and fixation of the window to the copper carrier.
  • Hermetically sealed in this context means in particular that dirt, such as dust and
  • Liquids, and / or gas only negligible Shares or not at all can penetrate the connection between the window and the copper carrier.
  • a method for producing the housing cover for a laser component comprises providing the at least partially radiation-transmissive window comprising the aluminum oxide.
  • the copper carrier for the window is provided.
  • the copper oxide is formed in an oxide region on the copper carrier.
  • Window is placed in the oxide region.
  • the eutectic compound is formed between the window and the copper oxide in the oxide region.
  • the window is fixed to the copper carrier.
  • Semiconductor laser diodes also called laser chips used, they should be arranged in a hermetically sealed housing. Otherwise, for example, a
  • the window is provided.
  • Window is part of the housing cover that is used to seal the housing after the semiconductor chips have been mounted in the housing.
  • Lead connection Especially with comparatively large dimensions of the housing, it may be due to the
  • the method described here makes use of, inter alia, the idea that instead of soldering becomes a
  • the bonding process is based on the eutectic bonding between the alumina and the copper oxide.
  • the window is a sapphire window
  • no additional coating on the window is necessary.
  • the eutectic compound can be formed directly between the sapphire and the copper oxide.
  • an aluminum oxide coating is on the glass
  • a stable, durable and tight connection between the window and the copper carrier is feasible, in particular a strong adhesion and cohesion.
  • the window has a sapphire window.
  • the window consists of the sapphire window.
  • the sapphire window will be right on the
  • Oxide region placed so that the sapphire window and the
  • Copper oxide have a common contact surface.
  • the eutectic compound is formed directly between the sapphire window and the copper oxide. Thus, no further coating processes or the like are necessary to control the eutectic connection between the window and the
  • the copper oxide is formed flat on a surface of the copper carrier.
  • the eutectic connection is made on the entire contact surface between the sapphire window and the surface of the
  • the entire contact area of the sapphire window and the copper carrier with the copper oxide is used to fix the window to the copper carrier.
  • a coating is formed on a surface of the sapphire window.
  • the eutectic compound is on the surface of the sapphire window.
  • Copper carrier formed and the oxide region is outside the coating.
  • connection is not formed.
  • the coating lies between the sapphire window and, for example, the copper oxide, so that the copper oxide and the sapphire are not common
  • Alumina layer applied to a given region of the window corresponds in particular with the oxide range.
  • the eutectic compound is formed between the aluminum oxide layer and the copper oxide.
  • a glass window is coated with the aluminum oxide layer.
  • the window is provided with the aluminum oxide layer in the region, so that subsequently the aluminum oxide layer is arranged on the plastic carrier where the copper oxide is formed.
  • the window is fixed to the copper carrier so that the window and the
  • Fixation allows, for example, a light
  • copper oxide is formed flat on the surface of the copper carrier.
  • Aluminum oxide layer is applied over the entire surface of the window surface.
  • the eutectic connection is made on the entire contact surface between the window and the
  • Alumina layer applied by vapor deposition on the window For example, a chemical
  • a method for producing a laser component comprises providing a housing cover, in particular by means of one here
  • Embodiment is made.
  • a housing body is provided.
  • the housing body is in particular
  • the semiconductor laser diode disposed in the housing body.
  • the semiconductor laser diode in particular comprises one or more semiconductor laser chips.
  • the housing body is closed in accordance with at least one embodiment with the housing cover at a radiation exit side of the laser component.
  • the housing body is closed at the radiation exit side, at which the radiation of the semiconductor laser diode is emitted during operation, with the housing cover.
  • the housing cover and the Housing body soldered together and / or welded. Other connection methods are possible.
  • the housing cover is in particular as transparent as possible for the radiation emitted during operation of the semiconductor laser diode.
  • a hermetically sealed housing of the laser device is realized, which allows emission of the laser radiation emitted by the semiconductor laser diode inside the housing.
  • a housing cover for a laser component at least partially
  • Radiation-permeable window has an aluminum oxide.
  • the radiation-transmissive window is especially for
  • Radiation permeable which is emitted in operation by a laser source of the laser device.
  • Radiation-permeable window is made in particular
  • Alumina or comprises alumina and other materials.
  • the housing cover has a copper carrier which has a copper oxide in one
  • the copper carrier serves to support and hold the window.
  • the copper oxide is at least
  • the housing cover has a eutectic connection between the window and the copper oxide in the oxide region.
  • the eutectic connection fixes the window on the
  • a housing cover for a laser component has that at least partially radiation-permeable window having the alumina.
  • the housing cover has the copper carrier, which has the copper oxide in the oxide region.
  • the housing cover has the eutectic connection that fixes the window to the copper carrier.
  • the eutectic compound is between the window and the copper oxide in the oxide region
  • the housing cover is in particular by means of one here
  • the window has a sapphire window.
  • the eutectic bond is formed directly between the sapphire window and the copper oxide.
  • the sapphire window which is made of alumina or at least has, is directly with the copper carrier
  • the sapphire window has a coating on a surface facing the copper carrier.
  • the coating is on a side facing the sapphire window Surface of the copper carrier formed.
  • the eutectic compound is formed outside the coating. The coating allows a region in which no rigid connection between the sapphire window and the copper carrier is formed.
  • the window has an aluminum oxide layer in a predetermined region.
  • the region corresponds to the oxide region.
  • the eutectic compound is formed between the aluminum oxide layer and the copper oxide.
  • the window is formed of a glass. The window will be in the region with the
  • Copper carrier is to be connected to the
  • Alumina layer provided. Corresponding is the
  • Carrier provided in the oxide region with the copper oxide.
  • the oxide region and the region correspond, so that the
  • Alumina layer and the copper oxide layer in contact with each other and the eutectic compound is formed.
  • the window is
  • Copper carrier has a distance from the copper carrier.
  • the copper carrier and the window are partially rigidly interconnected and partially spaced
  • Laser device on a housing cover according to at least one embodiment.
  • the laser component has according to at least one
  • Embodiment on a housing body is in particular made of a metal, for example of copper.
  • the laser component has, according to one embodiment, a semiconductor laser diode.
  • the semiconductor laser diode has one or more semiconductor laser chips.
  • the laser diode is arranged according to at least one embodiment in the housing body.
  • the housing body is connected to the housing cover at a radiation exit side of
  • a hermetically sealed housing is formed from the housing body and the housing cover, in which the semiconductor laser diode is protected from harmful conditions such as dirt and gases.
  • a predetermined atmosphere is formed within the housing.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a laser component according to an embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic exploded view of the laser component according to an exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a sectional view of a housing cover according to an exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a plan view of the housing cover of FIG. 3,
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a sectional view of a housing cover according to an embodiment
  • Figure 6 is a schematic representation of a plan view of the housing cover of Figure 5
  • Figures 7A to 7D is a schematic representation of a
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a
  • the laser component 100 has a housing body 101 and a housing cover 200.
  • the housing body 101 and the housing cover 200 together form a housing for a semiconductor laser diode 105 (FIG. 2), which is arranged inside the housing body 101.
  • the housing body 101 has one or more feedthroughs
  • the contact pin 103 is used for electrical contacting of the semiconductor laser diode 105 from outside the housing.
  • the bushing 102 with the contact pin 103 is in particular hermetically sealed.
  • the housing body 101 has a housing wall 104 which extends along a main radiation direction of the radiation emitted by the semiconductor laser diode 105 during operation.
  • the housing wall 105 surrounds, for example, an interior in which the semiconductor laser diode 105 is arranged.
  • the semiconductor laser diode 105 is disposed on a bottom of the case body 101.
  • the semiconductor laser diode 105 is disposed on a side opposite the bottom of the housing wall 104.
  • the housing wall 104 and the housing cover 200 are connected to each other, in particular
  • the housing cover 200 is welded to the housing body 101, soldered or otherwise connected, which ensures a sufficiently stable and tight connection.
  • Housing body 101 is in particular made of a metal
  • the housing body 101 has a material that allows a good connection with the housing cover 200.
  • the housing cover 200 is attached to a radiation exit side 106 on the housing body 101.
  • the housing cover 200 is oriented in particular parallel to the bottom surface of the housing body 101. From the semiconductor laser diode 105 in FIG.
  • the housing cover 200 is for this purpose for the of the
  • the housing cover 200 has a window 201 and a
  • the semiconductor laser diode 105 is arranged, which in particular has a plurality of semiconductor laser chips.
  • Semiconductor laser chips are electrically connected to the contact pins 103 (not explicitly shown).
  • the cover 200 and in particular the copper carrier 202 is placed on the housing wall 104 and connected along the contact surface, for example by means of a welding process mechanically stable and preferably hermetically sealed to the housing body 101.
  • the welding process can be
  • the inner space between the housing body 101 and the housing cover 200 in which the semiconductor laser diode 105 is disposed is filled with a desired atmosphere, for example, with dry air. Due to the hermetic sealing of the housing body 101 with the
  • Housing cover 200 is the semiconductor laser diode 105
  • the copper carrier 202 has one or more recesses 209.
  • the recesses may be circular, as shown in FIG. Other shapes for the recesses 209 are possible. It is also possible to change the position as well as the number of
  • the copper carrier 202 is extended in its major extent along a surface. At this surface, which is aligned in particular parallel to the bottom of the housing body 101, the recesses 209 are arranged. In the edge region of the copper carrier 202, this is formed so that it can be connected to the housing wall 101.
  • the window 201 is transmissive to radiation of the wavelength that the semiconductor laser diode 105 emits during operation.
  • the window 201 and the copper carrier 202 are hermetically sealed together, as will be explained in more detail below.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of FIG
  • Housing cover 200 according to one embodiment.
  • the copper carrier 202 has the recesses 209. On the side of the recesses, a copper oxide 204 is formed in an oxide region 203 on a surface 208 of the copper carrier 202 facing the window 201.
  • the oxide region 203 extends in particular closed around the region of
  • Recesses 209 as shown in particular from the top view as shown in Figure 4. Thus, a hermetically sealed connection between the window 201 and the copper carrier 202 is realized.
  • the copper oxide is formed in the oxide region 203 by heating the copper carrier 202 in an environment containing oxygen. Areas of the Copper carrier 202, on which no copper oxide 204 is to be formed, for example, during the formation of the copper oxide 204 in the oxide region 203 covered with a coating (not explicitly shown).
  • the window 201 is a glass window in the illustrated embodiment of Figure 3.
  • the window 201 is on a copper carrier 202 facing surface 211 with a
  • Alumina layer 212 provided.
  • the aluminum oxide layer 212 is applied in particular to the window 201 in a region 213.
  • further regions 214 outside the region 213 are free of aluminum oxide 212.
  • the window 201 in the region 213 is coated with aluminum oxide whose position corresponds to the position of the oxide region 203 and the copper oxide 204.
  • the further region 214 corresponds to the region of the copper carrier 202 in which the recesses 209 are formed.
  • Window 201 with alumina 212 it is possible to form a eutectic connection 205 between the window 201 and the copper carrier 202.
  • the alumina layer 212 forms with the copper oxide 204 the eutectic compound 205, which provides a sufficiently stable and hermetically sealed connection between the window 201 and the copper carrier 202.
  • the eutectic connection 205 the
  • the window 201 in particular the surface 211 of the window 201, and the copper carrier 202, in particular the surface 208 of the copper carrier 202, are spaced apart, so that a
  • Distance 215 is formed between the surface 211 of the window 201 and the surface 208 of the copper carrier 202. In the region 213 and the oxide region 203, the eutectic connection 205 is formed. In the wider region 214 there is no direct mechanical connection between the
  • Copper carrier 202 and the window 201 is formed.
  • FIG. 5 shows a sectional view of the housing cover 200 according to a further exemplary embodiment.
  • Embodiment of Figure 5 corresponds essentially to the embodiment of Figures 3 and 4. In contrast to the embodiment of Figures 3 and 4 is in
  • Sapphire window 206 is at least on the copper carrier 202 facing surface 211 made of sapphire. It is also possible that the entire window 201 is formed of sapphire and forms the sapphire window 206.
  • Sapphire window is without an additional coating and in particular without the additional aluminum oxide layer 212 directly by means of the eutectic compound 205 with the
  • Copper carrier 202 connectable.
  • Oxide region 203 the copper oxide 204 formed.
  • the copper oxide 204 is formed flat on the surface 204 in such a way that it is in an entire contact surface 207 is available.
  • the contact surface 207 is the area in which the sapphire window 206 comes into contact with the copper carrier 202.
  • FIG. 6 shows a plan view of the housing cover 200 of FIG. 5, FIG. 6
  • Oxide region 203 formed on the entire contact surface 207 between the sapphire window 206 and the copper carrier 202.
  • Copper carrier 202 formed.
  • the eutectic connection 205 between the copper oxide 204 and the sapphire window 206 is directly possible since the sapphire window 206 itself is a ceramic comprising or comprising an alumina
  • Figure 7 shows the housing cover 200 according to a
  • the window 201 is provided. in the
  • the window 201 is a
  • Alumina layer 212 has been coated. The others
  • Region 214 outside the region 213 is free of the
  • FIG. 7B shows the provision of the copper carrier 202.
  • the copper carrier 202 has the recesses 209 in one
  • the oxide region 203 is provided, in which the copper oxide 204 is formed.
  • the window 201 is placed on the copper carrier 202.
  • the window 201 is placed on the copper carrier 202 so that the aluminum oxide layer 212 comes into contact with the copper oxide 204.
  • the window 201 is the sapphire window 206
  • the application of the aluminum oxide layer 212 is dispensed with. Consequently, in FIG. 7C, the window 201 is laid over the entire surface, with the exception of the recesses 207, on the surface 208 of the copper carrier 202.
  • the common contact surface 207 between the sapphire window 206 and the copper carrier 202 thus forms along the entire surface 211 of the window 201 except at the recesses 209.
  • Alumina layer 212 melted or not the entire sapphire window 206 melted. Nor is the entire copper carrier 202 melted. Only in the contact area between the alumina 212
  • a liquid eutectic of the copper oxide 204 is formed. This wets the aluminum oxide or the sapphire and forms a copper aluminate. After cooling
  • the copper oxide 204 crystallizes and thus connects the Copper carrier 202 with the aluminum oxide layer 212 and the sapphire window 206th
  • Sapphire window 206 instead of the full-surface eutectic compound 205 formed only in an edge region of the eutectic compound 205, corresponding to
  • a coating is provided between the window 206 and the copper carrier 202, so that in this area the sapphire window 206 does not come into contact with the copper carrier 202 and in particular does not come into contact with copper oxide 204.
  • the eutectic compound 205 is thus both in the
  • the housing cover 200 with the eutectic connection 205 between the window 201 and the copper carrier 202 allows a low-cost laser device 100. Instead of
  • Connection 205 also allows a large area

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Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäusedeckels (200) für ein Laserbauelement (100) umfasst: -Bereitstellen eines zumindest teilweise strahlungsdurchlässigen Fensters (201),das ein Aluminiumoxid aufweist, -Bereitstellen eines Kupferträgers (202) für das Fenster (201), -Ausbilden eines Kupferoxids (204) in einem Oxidbereichs (203) auf dem Kupferträger, -Anordnen des Fensters (201) an dem Oxidbereich (203), -Ausbilden einer eutektischen Verbindung (205) zwischen dem Fenster (201) und dem Kupferoxid (204) in dem Oxidbereich (203), und dadurch -Fixieren des Fensters (201) an dem Kupferträger (202).

Description

Beschreibung
VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINES GEHÄUSEDECKELS FÜR EIN LASERBAUELEMENT UND GEHÄUSEDECKEL FÜR EIN LASERBAUELEMENT
SOWIE LASERBAUELEMENT
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2018 101 198.9, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäusedeckels für ein Laserbauelement, insbesondere für ein hermetisch dichtes Gehäuse. Weiterhin betrifft die Anmeldung ein Verfahren zum Herstellen eines Laserbauelements mit einem solchen Gehäusedeckel. Die Anmeldung betrifft außerdem einen Gehäusedeckel für ein Laserbauelement, der insbesondere mit dem beschriebenen Herstellungsverfahren hergestellt ist. Die Anmeldung betrifft weiterhin ein Laserbauelement mit einem solchen Gehäusedeckel.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäusedeckels für ein Laserbauelement umfasst gemäß zumindest einer Ausführungsform ein Bereitstellen eines zumindest teilweise
strahlungsdurchlässigen Fensters. Das Fenster weist ein
Aluminiumoxid auf. Im betriebsfertigen Zustand kann
Strahlung, die von einer Laserquelle des Laserbauelements emittiert wird, durch das Fenster aus dem Laserbauelement austreten. Das Fenster ist insbesondere für die Strahlung, die von der Laserquelle erzeugt wird, möglichst durchlässig. Das Fenster ist beispielsweise ein Glasfenster. Das Fenster ist gemäß weiteren Ausführungsformen aus einem anderen
Material, beispielsweise aus einem Kunststoff. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen ist das Fenster aus Saphir. Auch eine Mischung verschiedener Materialien ist möglich, die
beispielsweise gestapelt aufeinander angeordnet sind.
Zumindest ein Element des Fensters weist Aluminiumoxid auf, insbesondere A1203. Das Fenster besteht gemäß zumindest einer Ausführungsform aus Aluminiumoxid. Gemäß weiteren
Ausführungsformen weist das Fenster Aluminiumoxid auf und zusätzlich andere Materialien.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein Kupferträger für das Fenster bereitgestellt. Der Kupferträger ist
ausgebildet, das Fenster zu halten und zu fixieren. Der
Kupferträger ist zudem dazu ausgebildet, mit einem
Gehäusekörper verbunden zu werden, der beispielsweise auch aus Kupfer oder einem anderen Metall gebildet ist. Der
Kupferträger ist so ausgebildet, dass Strahlung durch den Kupferträger transmittieren kann, die im Betrieb von der Laserquelle emittiert wird. Beispielsweise sind hierfür
Ausnehmungen in dem ansonsten flächig ausgebildeten
Kupferträger eingebracht. Der Kupferträger besteht
insbesondere aus Kupfer oder weist Kupfer auf und weitere Materialien .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird in einem
Oxidbereich auf dem Kupferträger ein Kupferoxid ausgebildet. Insbesondere wird das Kupferoxid an einer Oberfläche des Kupferträgers ausgebildet, an der nachfolgend das Fenster angeordnet wird. Beispielsweise wird das Kupferoxid mittels Erhitzen des Kupferträgers an Luft hergestellt.
Beispielsweise wird nicht die gesamte Oberfläche des
Kupferträgers mit dem Kupferoxid beschichtet. Lediglich ein Teil der Oberfläche, der als Oxidbereich vorgegeben wird, wird mit Kupferoxid beschichtet. Der Oxidbereich wird insbesondere dort vorgesehen, wo eine Verbindung zwischen dem Kupferträger und dem Fenster ausgebildet werden soll.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Fenster an dem Oxidbereich angeordnet. Beispielsweise wird das Fenster so auf dem Kupferträger aufgelegt, dass das Fenster in Kontakt mit dem Oxidbereich ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird eine eutektische Verbindung zwischen dem Fenster und dem Kupferoxid in dem Oxidbereich ausgebildet. Das Kupferoxid, das ein Eutektikum darstellt, weist einen niedrigeren Schmelzpunkt auf, als reines Kupfer und als das Aluminiumoxid. Beispielsweise wird der Kupferträger mit dem Kupferoxid über die
Schmelztemperatur des Kupferoxids erhitzt. Der Kupferträger und das Kupferoxid werden nur so weit erhitzt, dass lediglich das Kupferoxid flüssig wird und das Aluminiumoxid sowie das reine Kupfer des Kupferträgers fest bleiben. Beispielsweise wird der Kupferträger mit dem Kupferoxid auf eine Temperatur über 1000 °C erhitzt, insbesondere über 1060 °C und unter 1080 °C.
Das flüssige Kupferoxid benetzt das Aluminiumoxid und bildet beispielsweise ein Kupferaluminium aus, insbesondere CuA1204 oder CuA102. Nach dem Abkühlen kristallisiert das
Kupferaluminium aus und bildet so eine gute Verbindung sowohl zum Kupfer des Kupferträgers als auch zum Aluminium des
Aluminiumoxids. Somit wird das Fenster an dem Kupferträger fixiert. Die eutektische Verbindung stellt insbesondere eine hermetisch dichte Verbindung und Fixierung des Fensters an dem Kupferträger dar. Hermetisch dicht bedeutet in diesem Zusammenhang insbesondere, dass Schmutz, wie Staub und
Flüssigkeiten, und/oder Gas nur zu vernachlässigbaren Anteilen oder gar nicht die Verbindung zwischen dem Fenster und dem Kupferträger durchdringen können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Herstellen des Gehäusedeckels für ein Laserbauelement ein Bereitstellen des zumindest teilweise strahlungsdurchlässigen Fensters, das das Aluminiumoxid aufweist. Der Kupferträger für das Fenster wird bereitgestellt. Das Kupferoxid wird in einem Oxidbereich auf dem Kupferträger ausgebildet. Das
Fenster wird in dem Oxidbereich angeordnet. Die eutektische Verbindung wird zwischen dem Fenster und dem Kupferoxid in dem Oxidbereich ausgebildet. Dadurch wird das Fenster an dem Kupferträger fixiert.
Insbesondere wenn als Laserquelle eine oder mehrere
Halbleiterlaserdioden, auch Laserchips genannt, verwendet werden, sollten diese in einem hermetisch dichten Gehäuse angeordnet sein. Ansonsten kann beispielsweise eine
Kohlenstoffkontamination der Laserfacette zu einem schnellen Ausfall des Laserchips führen. Damit die Laserstrahlung das Gehäuse verlassen kann, ist das Fenster vorgesehen. Das
Fenster ist Teil des Gehäusedeckels, der genutzt wird, um das Gehäuse abzudichten, nachdem die Halbleiterchips im Gehäuse montiert wurden.
Insbesondere bei großen Gehäusedeckeln führt ein Verbinden des Fensters mit dem Träger mittels Schweißen, Löten oder anderer herkömmlicher Verbindungsmethoden zu Ausfällen, da die Verbindung nicht ausreichend dicht über eine ausreichend lange Lebensdauer ist. Beispielsweise treten im Betrieb aufgrund von Temperaturänderungen unterschiedliche
Ausdehnungen des Fensters und des Trägers auf. Diese können herkömmlich dazu führen, dass die Verbindung zwischen Fenster und Träger bricht. Beispielsweise wird herkömmlich das
Fenster mit einem Edelmetall beschichtet und nachfolgend auf einen Metallträger gelötet. Fehler der Kohäsion und/oder der Adhäsion der Lötverbindung können zu einer undichten
Verbindung führen. Insbesondere bei vergleichsweise großen Abmessungen des Gehäuses kann es auf Grund der
unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten im
Betrieb zu hohen mechanischen Spannungen kommen. Dies kann zu Bauteilausfällen führen.
Das hier beschriebene Verfahren macht nun unter anderem von der Idee Gebrauch, dass anstatt des Lötens wird eine
sogenannte Direct Bonded Copper-Verbindung (etwa: direkt verbundenes Kupfer) verwendet, um das Fenster und den Träger miteinander zu verbinden. Der Verbindungsprozess basiert auf dem eutektischen Verbinden zwischen dem Aluminiumoxid und dem Kupferoxid. In den Ausführungsformen, in denen das Fenster ein Saphirfenster ist, ist keine zusätzliche Beschichtung am Fenster notwendig. Die eutektische Verbindung ist direkt zwischen dem Saphir und dem Kupferoxid ausbildbar. In den Ausführungsbeispielen, in denen das Fenster aus einem Glas ist, ist eine Aluminiumoxidbeschichtung auf dem Glas
notwendig .
Somit können günstigere Materialien als Edelmetalle verwendet werden. Eine stabile, langlebige und dichte Verbindung zwischen dem Fenster und dem Kupferträger ist realisierbar, insbesondere eine starke Adhäsion und Kohäsion. Insbesondere ist es möglich, auf Vorbereitungsschritte zu verzichten, die zum Löten und/oder Schweißen notwendig wären. Auch
großflächige Verbindungen zwischen dem Fenster und dem
Kupferträger sind realisierbar. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Fenster ein Saphirfenster auf. Beispielsweise besteht das Fenster aus dem Saphirfenster. Das Saphirfenster wird direkt auf dem
Oxidbereich aufgelegt, sodass das Saphirfenster und das
Kupferoxid eine gemeinsame Kontaktflache aufweisen. Die eutektische Verbindung wird direkt zwischen dem Saphirfenster und dem Kupferoxid ausgebildet. Somit sind keine weiteren Beschichtungsverfahren oder ähnliches notwendig, um die eutektische Verbindung zwischen dem Fenster und dem
Kupferoxid ausbilden zu können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Kupferoxid flächig an einer Oberfläche des Kupferträgers ausgebildet.
Die eutektische Verbindung wird an der gesamten Kontaktfläche zwischen dem Saphirfenster und der Oberfläche des
Kupferträgers ausgebildet. Somit ist eine großflächige
Verbindung zwischen dem Fenster und dem Kupferträger
realisierbar. Der gesamte Kontaktbereich des Saphirfensters und des Kupferträgers mit dem Kupferoxid wird zum Fixieren des Fensters an dem Kupferträger verwendet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird eine Beschichtung auf einer Oberfläche des Saphirfensters ausgebildet. Die eutektische Verbindung wird an der Oberfläche des
Saphirfensters außerhalb der Beschichtung ausgebildet.
Alternativ oder zusätzlich wird die Beschichtung an dem
Kupferträger ausgebildet und der Oxidbereich liegt außerhalb der Beschichtung. Mittels der Beschichtung ist es somit möglich, Bereiche vorzugeben, an denen die eutektische
Verbindung nicht ausgebildet wird. Die Beschichtung liegt zwischen dem Saphirfenster und beispielsweise dem Kupferoxid, sodass das Kupferoxid und das Saphir keine gemeinsame
Verbindung in diesem Bereich ausbilden können. Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird eine
Aluminiumoxidschicht auf eine vorgegebene Region des Fensters aufgebracht. Die Region korrespondiert insbesondere mit dem Oxidbereich. Die eutektische Verbindung wird zwischen der Aluminiumoxidschicht und dem Kupferoxid ausgebildet. Somit ist es insbesondere möglich, ein Fenster zu verwenden, das selbst nicht keramisch ist und insbesondere kein
Aluminiumoxid aufweist. Beispielsweise wird ein Glasfenster mit der Aluminiumoxidschicht beschichtet. Das Fenster wird in der Region mit der Aluminiumoxidschicht versehen, sodass nachfolgend die Aluminiumoxidschicht am Kunststoffträger dort angeordnet ist, wo das Kupferoxid ausgebildet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die
Aluminiumoxidschicht auf die vorgegebene Region des Fensters so aufgebracht, dass das Fenster außerhalb der vorgegebenen Region frei von Aluminiumoxid bleibt. Das Fenster wird an dem Kupferträger so fixiert, dass das Fenster und der
Kupferträger außerhalb der vorgegebenen Region einen Abstand zueinander aufweisen. Somit ist ein bereichsweises Fixieren des Fensters an dem Kupferträger möglich. Der Abstand
zwischen dem Kupferträger und dem Fenster außerhalb der
Fixierung ermöglicht beispielsweise eine leichte
Relativbewegung zwischen dem Fenster und dem Kupferträger.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird Kupferoxid flächig an der Oberfläche des Kupferträgers ausgebildet. Die
Aluminiumoxidschicht wird vollflächig auf die Oberfläche des Fensters aufgebracht. Die eutektische Verbindung wird an der gesamten Kontaktfläche zwischen dem Fenster und der
Oberfläche des Kupferträgers ausgebildet. Somit wird eine möglichst große Verbindungsfläche zwischen dem Fenster und dem Kupferträger realisiert. Die Verbindung zwischen dem Fenster und dem Kupferträger ist somit stabil.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die
Aluminiumoxidschicht mittels Gasphasenabscheidung auf das Fenster aufgebracht. Beispielsweise wird eine chemische
Gasphasenabscheidung und/oder eine physikalische
Gasphasenabscheidung verwendet. Auch andere Verfahren zum Aufbringen des Aluminiumoxids auf das Fenster sind möglich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines Laserbauelements ein Bereitstellen eines Gehäusedeckels, der insbesondere mittels eines hier
beschriebenen Verfahrens gemäß zumindest einer
Ausführungsform hergestellt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein Gehäusekörper bereitgestellt. Der Gehäusekörper ist insbesondere
ausgebildet, die Laserquelle zu tragen und elektrische
Verbindungen zwischen der Laserquelle und der Umgebung bereitzustellen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird eine
Halbleiterlaserdiode in dem Gehäusekörper angeordnet. Die Halbleiterlaserdiode umfasst insbesondere eine oder mehrere Halbleiterlaserchips .
Der Gehäusekörper wird gemäß zumindest einer Ausführungsform mit dem Gehäusedeckel an einer Strahlenaustrittsseite des Laserbauelements verschlossen. Der Gehäusekörper wird an der Strahlenaustrittsseite, an der im Betrieb die Strahlung der Halbleiterlaserdiode emittiert wird, mit dem Gehäusedeckel verschlossen. Beispielsweise werden der Gehäusedeckel und der Gehäusekörper miteinander verlötet und/oder verschweißt. Auch andere Verbindungsverfahren sind möglich. Der Gehäusedeckel ist insbesondere möglichst transparent für die im Betrieb emittierte Strahlung der Halbleiterlaserdiode. Somit ist ein hermetisch dichtes Gehäuse des Laserbauelements realisierbar, das eine Emission der Laserstrahlung ermöglicht, die von der Halbleiterlaserdiode im Inneren des Gehäuses emittiert wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein Gehäusedeckel für ein Laserbauelement ein zumindest teilweise
strahlungsdurchlässiges Fenster auf. Das
strahlungsdurchlässige Fenster weist ein Aluminiumoxid auf. Das strahlungsdurchlässige Fenster ist insbesondere für
Strahlung durchlässig, die im Betrieb von einer Laserquelle des Laserbauelements emittiert wird. Das
strahlungsdurchlässige Fenster ist insbesondere aus
Aluminiumoxid oder weist Aluminiumoxid und andere Materialien auf .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Gehäusedeckel einen Kupferträger auf, der ein Kupferoxid in einem
Oxidbereich aufweist. Der Kupferträger dient zum Tragen und Halten des Fensters. Das Kupferoxid ist zumindest
bereichsweise an einer Oberfläche des Kupferträgers
ausgebildet .
Der Gehäusedeckel weist eine eutektische Verbindung zwischen dem Fenster und dem Kupferoxid in dem Oxidbereich auf. Die eutektische Verbindung fixiert das Fenster an dem
Kupferträger .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein Gehäusedeckel für ein Laserbauelement das zumindest teilweise strahlungsdurchlässige Fenster auf, das das Aluminiumoxid aufweist. Der Gehäusedeckel weist den Kupferträger auf, der das Kupferoxid in dem Oxidbereich aufweist. Der Gehäusedeckel weist die eutektische Verbindung auf, die das Fenster an dem Kupferträger fixiert. Die eutektische Verbindung ist zwischen dem Fenster und dem Kupferoxid in dem Oxidbereich
ausgebildet .
Die eutektische Verbindung zum Fixieren des Fensters an dem Kupferträger ermöglicht eine kostengünstige und dabei
ausreichend stabile und hermetisch dichte Verbindung des Fensters an dem Kupferträger. Somit ist ein kostengünstiger, stabiler und ausreichend hermetisch dichter Gehäusedeckel für ein Laserbauelement realisiert.
Der Gehäusedeckel ist insbesondere mittels eines hier
beschriebenen Verfahrens hergestellt.
Merkmale, Vorteile und Weiterbildungen des Verfahrens gelten auch für den Gehäusedeckel und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Fenster ein Saphirfenster auf. Die eutektische Verbindung ist zwischen dem Saphirfenster und dem Kupferoxid direkt ausgebildet. Das Saphirfenster, das aus Aluminiumoxid besteht oder dieses zumindest aufweist, ist direkt mit dem Kupferträger
verbunden. Es ist insbesondere möglich, auf Zwischenschichten zwischen dem Fenster und dem Kupferträger zu verzichten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Saphirfenster eine Beschichtung auf einer dem Kupferträger zugewandten Oberfläche auf. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen ist die Beschichtung auf einer dem Saphirfenster zugewandten Oberfläche des Kupferträgers ausgebildet. Die eutektische Verbindung ist außerhalb der Beschichtung ausgebildet. Die Beschichtung ermöglicht eine Region, in der keine starre Verbindung zwischen dem Saphirfenster und dem Kupferträger ausgebildet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Fenster eine Aluminiumoxidschicht in einer vorgegebenen Region auf. Die Region korrespondiert mit dem Oxidbereich. Die eutektische Verbindung ist zwischen der Aluminiumoxidschicht und dem Kupferoxid ausgebildet. Somit ist es insbesondere möglich, ein Fenster zu verwenden, das selbst kein Aluminiumoxid aufweist. Beispielsweise ist das Fenster aus einem Glas gebildet. Das Fenster wird in der Region, die mit dem
Kupferträger verbunden werden soll, mit der
Aluminiumoxidschicht versehen. Korrespondierend ist der
Träger in dem Oxidbereich mit dem Kupferoxid versehen. Der Oxidbereich und die Region korrespondieren, sodass die
Aluminiumoxidschicht und die Kupferoxidschicht im Kontakt miteinander sind und die eutektische Verbindung ausgebildet ist .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Fenster
außerhalb der eutektischen Verbindung beabstandet zum
Kupferträger und weist einen Abstand zu dem Kupferträger auf. Der Kupferträger und das Fenster sind bereichsweise starr miteinander verbunden und bereichsweise beabstandet
zueinander und somit nicht starr miteinander verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein
Laserbauelement einen Gehäusedeckel gemäß zumindest einer Ausführungsform auf. Das Laserbauelement weist gemäß zumindest einer
Ausführungsform einen Gehäusekörper auf. Der Gehäusekörper ist insbesondere aus einem Metall, beispielsweise aus Kupfer.
Das Laserbauelement weist gemäß einer Ausführungsform eine Halbleiterlaserdiode auf. Die Halbleiterlaserdiode weist insbesondere einen oder mehrere Halbleiterlaserchips auf.
Die Laserdiode ist gemäß zumindest einer Ausführungsform in dem Gehäusekörper angeordnet. Der Gehäusekörper ist mit dem Gehäusedeckel an einer Strahlenaustrittsseite des
Laserbauelements verschlossen. Somit ist ein hermetisch dichtes Gehäuse aus dem Gehäusekörper und dem Gehäusedeckel gebildet, in dem die Halbleiterlaserdiode vor schädlichen Bedingungen wie Schmutz und Gasen geschützt ist. Insbesondere ist innerhalb des Gehäuses eine vorgegebene Atmosphäre ausgebildet .
Weitere Vorteile, Merkmale und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden, im Zusammenhang mit den Figuren erläuterten Beispielen.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente können in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren
dargestellten Elemente sind insbesondere nicht als
maßstäblich zu betrachten.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Laserbauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel, Figur 2 eine schematische Explosionsansicht des Laserbauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figur 3 eine schematische Darstellung einer Schnittansicht eines Gehäusedeckels gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figur 4 eine schematische Darstellung einer Aufsicht auf den Gehäusedeckel der Figur 3,
Figur 5 eine schematische Darstellung einer Schnittansicht eines Gehäusedeckels gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figur 6 eine schematische Darstellung einer Aufsicht auf den Gehäusedeckel der Figur 5, und
Figuren 7A bis 7D eine schematische Darstellung eines
Herstellungsverfahrens eines Gehäusedeckels gemäß einem Ausführungsbeispiel .
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines
Laserbauelements 100. Das Laserbauelement 100 weist einen Gehäusekörper 101 sowie einen Gehäusedeckel 200 auf. Der Gehäusekörper 101 und der Gehäusedeckel 200 bilden gemeinsam ein Gehäuse für eine Halbleiterlaserdiode 105 (Figur 2), die im Inneren des Gehäusekörpers 101 angeordnet ist.
Der Gehäusekörper 101 weist eine oder mehrere Durchführungen
102 auf. In den Durchführungen ist jeweils ein Kontaktstift
103 angeordnet. Der Kontaktstift 103 dient zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterlaserdiode 105 von außerhalb des Gehäuses. Die Durchführung 102 mit dem Kontaktstift 103 ist insbesondere hermetisch abgedichtet. Der Gehäusekörper 101 weist eine Gehäusewand 104 auf, die sich entlang einer Hauptstrahlungsrichtung der im Betrieb von der Halbleiterlaserdiode 105 emittierten Strahlung erstreckt. Die Gehäusewand 105 umgibt beispielsweise einen Innenraum, in dem die Halbleiterlaserdiode 105 angeordnet ist.
Beispielsweise ist die Halbleiterlaserdiode 105 auf einem Boden des Gehäusekörpers 101 angeordnet. Auf einer dem Boden gegenüberliegenden Seite der Gehäusewand 104 liegt der
Gehäusedeckel 200 auf der Gehäusewand 104 auf. Beispielsweise sind in diesem Kontaktbereich die Gehäusewand 104 und der Gehäusedeckel 200 miteinander verbunden, insbesondere
hermetisch miteinander verbunden, sodass ein hermetisch abgedichteter Innenraum ausgebildet ist. Beispielsweise ist der Gehäusedeckel 200 mit dem Gehäusekörper 101 verschweißt, verlötet oder auf andere Art verbunden, die eine ausreichend stabile und dichte Verbindung gewährleistet. Der
Gehäusekörper 101 ist insbesondere aus einem Metall,
beispielsweise aus Kupfer. Der Gehäusekörper 101 weist ein Material auf, das eine gute Verbindung mit dem Gehäusedeckel 200 ermöglicht.
Der Gehäusedeckel 200 ist an einer Strahlenaustrittsseite 106 am Gehäusekörper 101 befestigt. Der Gehäusedeckel 200 ist insbesondere parallel zur Bodenfläche des Gehäusekörpers 101 orientiert. Von der Halbleiterlaserdiode 105 in
Abstrahlrichtung 107 abgestrahlte Laserstrahlung kann durch den Gehäusedeckel 200 aus dem Laserbauelement 100 austreten. Der Gehäusedeckel 200 ist hierfür für die von der
Halbleiterlaserdiode 105 emittierte Laserstrahlung
transparent oder zumindest teilweise transparent.
Wie insbesondere aus Figur 2 ersichtlich, die schematisch eine Explosionsdarstellung des Laserbauelements 100 zeigt, weist der Gehäusedeckel 200 ein Fenster 201 und einen
Kupferträger 202 auf. Im Inneren des Gehäusekörpers 101 ist die Halbleiterlaserdiode 105 angeordnet, die insbesondere eine Mehrzahl von Halbleiterlaserchips aufweist. Die
Halbleiterlaserchips sind elektrisch mit den Kontaktstiften 103 verbunden (nicht explizit dargestellt) .
Der Deckel 200 und insbesondere der Kupferträger 202 wird auf die Gehäusewand 104 aufgesetzt und entlang der Kontaktfläche beispielsweise mittels eines Schweißprozesses mechanisch stabil und bevorzugt hermetisch dicht mit dem Gehäusekörper 101 verbunden. Bei dem Schweißvorgang kann es sich
beispielsweise um Elektroschweißen handeln. Somit ist es möglich, dass der Innenraum zwischen dem Gehäusekörper 101 und dem Gehäusedeckel 200, in dem die Halbleiterlaserdiode 105 angeordnet ist, mit einer gewünschten Atmosphäre, beispielsweise mit trockener Luft, befüllt ist. Durch die hermetische Abdichtung des Gehäusekörpers 101 mit dem
Gehäusedeckel 200 ist die Halbleiterlaserdiode 105
insbesondere durch schädliche Einflüsse von außerhalb des Gehäuses geschützt. Somit kann eine beschleunigte Alterung und/oder Zerstörung der Halbleiterlaserdiode 105 verringert oder verhindert werden.
Damit die Strahlung der Halbleiterlaserdiode 105 durch den Kupferträger 202 durchdringen kann, weist der Kupferträger 202 eine oder mehrere Ausnehmungen 209 auf. Die Ausnehmungen können kreisförmig sein, wie in der Figur 2 dargestellt. Auch andere Formen für die Ausnehmungen 209 sind möglich. Zudem ist es möglich, die Position sowie die Anzahl der
Ausnehmungen 209 an die Art und Position der
Halbleiterlaserdiode 105 sowie an die Anzahl der
Halbleiterchips anzupassen. Der Kupferträger 202 ist in seiner Hauptausdehnung entlang einer Fläche ausgedehnt. An dieser Fläche, die insbesondere parallel zum Boden des Gehäusekörpers 101 ausgerichtet ist, sind die Ausnehmungen 209 angeordnet. Im Randbereich des Kupferträgers 202 ist dieser so ausgebildet, dass er mit der Gehäusewand 101 verbindbar ist.
An einer dem Gehäusekörper 101 abgewandten Seite des
Kupferträgers 202 ist das Fenster 201 angebracht. Das Fenster 201 ist durchlässig für Strahlung der Wellenlänge, die die Halbleiterlaserdiode 105 im Betrieb emittiert.
Das Fenster 201 und der Kupferträger 202 sind miteinander hermetisch dicht verbunden, wie nachfolgend näher erläutert wird .
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung des
Gehäusedeckels 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Der Kupferträger 202 weist die Ausnehmungen 209 auf. Seitlich der Ausnehmungen ist an einer dem Fenster 201 zugewandten Oberfläche 208 des Kupferträgers 202 ein Kupferoxid 204 in einem Oxidbereich 203 ausgebildet. Der Oxidbereich 203 verläuft insbesondere geschlossen um den Bereich der
Ausnehmungen 209, wie insbesondere aus der Aufsicht wie in Figur 4 dargestellt ersichtlich ist. Somit ist eine nach außen hin hermetisch dichte Verbindung zwischen dem Fenster 201 und dem Kupferträger 202 realisiert.
Beispielsweise ist das Kupferoxid in dem Oxidbereich 203 mittels Erhitzen des Kupferträgers 202 in einer Umgebung ausgebildet, die Sauerstoff enthält. Bereiche des Kupferträgers 202, an denen kein Kupferoxid 204 ausgebildet werden soll, sind beispielsweise während der Ausbildung des Kupferoxids 204 im Oxidbereich 203 mit einer Beschichtung bedeckt (nicht explizit dargestellt) .
Das Fenster 201 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel der Figur 3 ein Glasfenster. Das Fenster 201 ist an einer dem Kupferträger 202 zugewandten Oberfläche 211 mit einer
Aluminiumoxidschicht 212 versehen. Die Aluminiumoxidschicht 212 ist insbesondere in einer Region 213 auf das Fenster 201 aufgebracht. Weitere Regionen 214 außerhalb der Region 213 sind insbesondere frei von Aluminiumoxid 212. Insbesondere ist das Fenster 201 in der Region 213 mit Aluminiumoxid beschichtet, deren Lage mit der Lage des Oxidbereichs 203 und des Kupferoxids 204 korrespondiert. Die weitere Region 214 korrespondiert mit dem Bereich des Kupferträgers 202, in dem die Ausnehmungen 209 ausgebildet sind. In diesem Bereich tritt im Betrieb die Strahlung der Halbleiterlaserdiode 105 durch den Gehäusedeckel 200 hindurch.
Aufgrund der zumindest bereichsweisen Beschichtung des
Fensters 201 mit Aluminiumoxid 212 ist es möglich, eine eutektische Verbindung 205 zwischen dem Fenster 201 und dem Kupferträger 202 auszubilden. Die Aluminiumoxidschicht 212 bildet mit dem Kupferoxid 204 die eutektische Verbindung 205, die eine ausreichend stabile und hermetisch dichte Verbindung zwischen dem Fenster 201 und dem Kupferträger 202 darstellt. Zum Ausbilden der eutektischen Verbindung 205 wird das
Fenster 201 mit der Aluminiumoxidschicht 212 so auf das
Kupferoxid 204 aufgelegt, dass eine gemeinsame Kontaktfläche 216 zwischen der Aluminiumoxidschicht 212 und dem Kupferoxid 204 gebildet ist. Das Aluminiumoxid 212 und das Kupferoxid 204 berühren sich und bilden beispielsweise nach einer Erwärmung und anschließender Abkühlung die eutektische
Verbindung 205 aus.
Beispielsweise in der weiteren Region 214 sind das Fenster 201, insbesondere die Oberfläche 211 des Fensters 201, und der Kupferträger 202, insbesondere die Oberfläche 208 des Kupferträgers 202, voneinander beabstandet, sodass ein
Abstand 215 zwischen der Oberfläche 211 des Fensters 201 und der Oberfläche 208 des Kupferträgers 202 ausgebildet ist. In der Region 213 und dem Oxidbereich 203 ist die eutektische Verbindung 205 ausgebildet. In der weiteren Region 214 ist keine unmittelbare mechanische Verbindung zwischen dem
Kupferträger 202 und dem Fenster 201 ausgebildet.
Figur 5 zeigt eine Schnittansicht des Gehäusedeckels 200 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Das
Ausführungsbeispiel der Figur 5 entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der Figuren 3 und 4. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Figuren 3 und 4 ist im
Ausführungsbeispiel der Figur 5 das Fenster 201 ein
Saphirfenster 206. Das Fenster 201 ist zumindest an der dem Kupferträger 202 zugewandten Oberfläche 211 aus Saphir. Es ist auch möglich, dass das gesamte Fenster 201 aus Saphir gebildet ist und das Saphirfenster 206 ausbildet. Das
Saphirfenster ist ohne eine zusätzliche Beschichtung und insbesondere ohne die zusätzliche Aluminiumoxidschicht 212 direkt mittels der eutektischen Verbindung 205 mit dem
Kupferträger 202 verbindbar.
Auf der Oberfläche 208 des Kupferträgers 202 wird im
Oxidbereich 203 das Kupferoxid 204 ausgebildet. Insbesondere wird das Kupferoxid 204 auf der Oberfläche 204 flächig so ausgebildet, dass es in einer gesamten Kontaktfläche 207 vorhanden ist. Die Kontaktflache 207 ist der Bereich, in dem das Saphirfenster 206 mit dem Kupferträger 202 in Kontakt gelangt. Wie auch aus Figur 6 ersichtlich, die eine Aufsicht auf den Gehäusedeckel 200 der Figur 5 zeigt, ist der
Oxidbereich 203 an der gesamten Kontaktfläche 207 zwischen dem Saphirfenster 206 und dem Kupferträger 202 ausgebildet. Somit ist eine flächige eutektische Verbindung 205 zwischen dem Saphirfenster 206 und der Oberfläche 208 des
Kupferträgers 202 ausgebildet. Die eutektische Verbindung 205 zwischen dem Kupferoxid 204 und dem Saphirfenster 206 ist unmittelbar möglich, da das Saphirfenster 206 selbst eine Keramik ist, die ein Aluminiumoxid aufweist oder aus
Aluminiumoxid besteht.
Figur 7 zeigt den Gehäusedeckel 200 gemäß einem
Ausführungsbeispiel zu verschiedenen Schritten während der Herstellung .
Gemäß Figur A wird das Fenster 201 bereitgestellt. Im
gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Fenster 201 ein
Glasfenster, das in der Region 213 mit einer
Aluminiumoxidschicht 212 beschichtet wurde. Die weitere
Region 214 außerhalb der Region 213 ist frei von der
Aluminiumoxidschicht 212.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen ist die gesamte
Oberfläche 211 des Fensters 201 mit der Aluminiumoxidschicht 212 beschichtet.
Figur 7B zeigt das Bereitstellen des Kupferträgers 202. Der Kupferträger 202 weist die Ausnehmungen 209 in einem
mittleren Bereich auf. Außerhalb des mittleren Bereichs ist der Oxidbereich 203 vorgesehen, in dem das Kupferoxid 204 ausgebildet ist.
Gemäß Figur 7C wird das Fenster 201 auf den Kupferträger 202 aufgelegt. Das Fenster 201 wird so auf den Kupferträger 202 aufgelegt, dass die Aluminiumoxidschicht 212 in Kontakt mit dem Kupferoxid 204 gelangt.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen, in denen das Fenster 201 das Saphirfenster 206 ist, wird auf das Aufbringen der Aluminiumoxidschicht 212 verzichtet. Folglich wird in Figur 7C das Fenster 201 vollflächig mit Ausnahme der Ausnehmungen 207 auf die Oberfläche 208 des Kupferträgers 202 gelegt. Die gemeinsame Kontaktfläche 207 zwischen dem Saphirfenster 206 und dem Kupferträger 202 bildet sich folglich entlang der gesamten Oberfläche 211 des Fensters 201 aus außer an den Ausnehmungen 209.
Nachfolgend wird der Kupferträger 202 und/oder die
Aluminiumoxidschicht 212 und/oder das Saphirfenster 206 so erhitzt, dass die eutektische Verbindung 205 zwischen dem Kupferoxid 204 und dem Aluminiumoxid des Fensters 201 ausgebildet wird. Hierfür wird nicht die gesamte
Aluminiumoxidschicht 212 aufgeschmolzen beziehungsweise nicht das gesamte Saphirfenster 206 aufgeschmolzen . Es wird auch nicht der gesamte Kupferträger 202 aufgeschmolzen . Lediglich im Kontaktbereich zwischen dem Aluminiumoxid 212
beziehungsweise dem Saphirfenster 206 und dem Kupferoxid 204 entsteht ein flüssiges Eutektikum des Kupferoxids 204. Dieses benetzt das Aluminiumoxid beziehungsweise den Saphir und bildet ein Kupferaluminat aus. Nach dem Abkühlen
kristallisiert das Kupferoxid 204 und verbindet so den Kupferträger 202 mit der Aluminiumoxidschicht 212 beziehungsweise dem Saphirfenster 206.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen wird auch bei dem
Saphirfenster 206 anstatt der vollflächigen eutektischen Verbindung 205 lediglich in einem Randbereich die eutektische Verbindung 205 ausgebildet, korrespondierend zum
Ausführungsbeispiel der Figuren 3 und 4. Hierfür wird
beispielsweise zwischen dem Fenster 206 und dem Kupferträger 202 eine Beschichtung vorgesehen, sodass in diesem Bereich das Saphirfenster 206 nicht in Kontakt mit dem Kupferträger 202 und insbesondere nicht in Kontakt mit Kupferoxid 204 gelangt .
Die eutektische Verbindung 205 ist also sowohl bei dem
Fenster 201 aus Glas als auch bei dem Saphirfenster 206 sowohl lediglich bereichsweise möglich als auch vollflächig in der gesamten Kontaktfläche 207.
Der Gehäusedeckel 200 mit der eutektischen Verbindung 205 zwischen dem Fenster 201 und dem Kupferträger 202 ermöglicht ein kostengünstiges Laserbauelement 100. Anstatt der
herkömmlich verwendeten Edelmetalle können kostengünstigere Materialien verwendet werden. Dabei ist die hermetische
Verbindung 205 stabiler als herkömmliche Löt- oder
Schweißverbindungen. Außerdem kann auf die
Vorbereitungsschritte verzichtet werden, die herkömmlich für Schweißen oder Löten notwendig sind. Die eutektische
Verbindung 205 ermöglicht außerdem eine großflächige
Verbindung zwischen dem Fenster 201 und dem Kupferträger 202.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste
100 Laserbauelement
101 Gehäusekörper
102 Durchführung
103 Kontaktstift
104 Gehäusewand
105 Halbleiterlaserdiode
106 Strahlenaustrittsseite
107 Strahlungsrichtung
200 Gehäusedeckel
201 Fenster
202 Kupferträger
203 Oxidbereich
204 Kupferoxid
205 eutektische Verbindung
206 Saphirfenster
207 gemeinsame Kontaktfläche
208 Oberfläche des Kupferträger
209 Ausnehmung
211 Oberfläche des Fensters
212 Aluminiumoxidschicht
213 Region
214 weitere Region
215 Abstand
216 Kontaktfläche

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines Gehäusedeckels (200) für ein Laserbauelement (100), umfassend:
- Bereitstellen eines zumindest teilweise
strahlungsdurchlässigen Fensters (201), das ein Aluminiumoxid aufweist,
- Bereitstellen eines Kupferträgers (202) für das Fenster (201) ,
- Ausbilden eines Kupferoxids (204) in einem Oxidbereichs (203) auf dem Kupferträger,
- Anordnen des Fensters (201) an dem Oxidbereich (203),
- Ausbilden einer eutektischen Verbindung (205) zwischen dem Fenster (201) und dem Kupferoxid (204) in dem Oxidbereich (203) , und dadurch
- Fixieren des Fensters (201) an dem Kupferträger (202) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, beim dem das Fenster (201) ein Saphirfenster (206) aufweist, umfassend:
- Auflegen des Saphirfensters (206) direkt auf den
Oxidbereich (203), sodass das Saphirfenster (206) und das Kupferoxid (204) eine gemeinsame Kontaktfläche (207)
aufweisen,
- Ausbilden der eutektischen Verbindung (205) direkt zwischen dem Saphirfenster (206) und dem Kupferoxid (204) .
3. Verfahren nach Anspruch 2, umfassend:
- Ausbilden des Kupferoxids (204) flächig an einer Oberfläche (208) des Kupferträgers (202),
- Ausbilden der eutektischen Verbindung (205) an der gesamten Kontaktfläche (207) zwischen dem Saphirfenster (206) und der Oberfläche (208) des Kupferträgers (202).
4. Verfahren nach Anspruch 2, umfassend:
- Ausbilden einer Beschichtung auf einer Oberfläche (211) des Saphirfensters (206),
- Ausbilden der eutektischen Verbindung (205) an der
Oberfläche (211) des Saphirfensters (206) außerhalb der
Beschichtung .
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend:
- Aufbringen einer Aluminiumoxidschicht (212) auf eine vorgegebene Region (213) des Fensters (201), wobei die Region (213) mit dem Oxidbereich (203) korrespondiert,
- Ausbilden der eutektischen Verbindung (205) zwischen der Aluminiumoxidschicht (212) und dem Kupferoxid (204).
6. Verfahren nach Anspruch 5, umfassend:
- Aufbringen der Aluminiumoxidschicht (212) auf die
vorgegebene Region (213) des Fensters so, dass das Fenster außerhalb der vorgegebenen Region (213) frei von
Aluminiumoxid bleibt,
- Fixieren des Fensters (201) an dem Kupferträger (202) so, dass das Fenster (201) und der Kupferträger (202) außerhalb der vorgegebenen Region (213) einen Abstand (215) zueinander aufweisen .
7. Verfahren nach Anspruch 5, umfassend:
- Ausbilden des Kupferoxids (204) flächig an der Oberfläche (208) des Kupferträgers (202),
- Aufbringen der Aluminiumoxidschicht (212) vollflächig auf eine Oberfläche (211) des Fensters (201),
- Ausbilden der eutektischen Verbindung (206) an der gesamten Kontaktfläche (207) zwischen dem Fenster (201) der Oberfläche (208) des Kupferträgers (202).
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, umfassend:
- Aufbringen der Aluminiumoxidschicht (212) mittels
Gasphasenabscheidung .
9. Verfahren zum Herstellen eines Laserbauelements (100), umfassend :
- Bereitstellen eines Gehäusedeckels (200) hergestellt mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
- Bereitstellen eines Gehäusekörpers (101),
- Anordnen einer Halbleiterlaserdiode (105) in dem
Gehäusekörper (101),
- Verschließen des Gehäusekörpers (101) mit dem Gehäusedeckel
(200) an einer Strahlenaustrittsseite (106) des
Laserbauelements (100).
10. Gehäusedeckel für ein Laserbauelement (100), aufweisend:
- ein zumindest teilweise strahlungsdurchlässigen Fenster
(201), das ein Aluminiumoxid aufweist,
- einen Kupferträgers (202), der ein Kupferoxid (204) in einem Oxidbereich (203) aufweist,
- eine eutektischen Verbindung (205) zwischen dem Fenster (201) und dem Kupferoxid (204) in dem Oxidbereich (203), die das Fenster (201) an dem Kupferträger (202) fixiert.
11. Gehäusedeckel nach Anspruch 10, bei dem
- das Fenster (201) ein Saphirfenster (206) aufweist, und
- die eutektische Verbindung (205) direkt zwischen dem
Saphirfenster (206) und dem Kupferoxid (204) ist.
12. Gehäusedeckel nach Anspruch 11, bei dem
- das Saphirfenster (206) eine Beschichtung auf einer dem Kupferträger (202) zugewandten Oberfläche (211) aufweist, und - die eutektische Verbindung (205) außerhalb der Beschichtung ausgebildet ist.
13. Gehäusedeckel nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem - das Fenster (201) eine Aluminiumoxidschicht (212) in einer vorgegebenen Region (213) des Fensters (201) aufweist, wobei die Region (213) mit dem Oxidbereich (203) korrespondiert, und
- die eutektischen Verbindung (205) zwischen der
Aluminiumoxidschicht (212) und dem Kupferoxid (204) ist.
14. Gehäusedeckel nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem das Fenster (201) außerhalb der eutektischen Verbindung (205) einen Abstand (215) zu dem Kupferträger (202) aufweist.
15. Laserbauelement, aufweisend:
- einen Gehäusedeckel (200) nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
- einen Gehäusekörper (101),
- eine Halbleiterlaserdiode (105), die in dem Gehäusekörper
(101) angeordnet ist, wobei der Gehäusekörper (101) mit dem Gehäusedeckel (200) an einer Strahlenaustrittsseite (106) des Laserbauelements (100) verschlossen ist.
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