Beschreibung

HALBLEITERLASERVORRICHTUNG UND OPTOELEKTRONISCHES STRAHLUMLENKELEMENT FÜR EINE HALBLEITERLASERVORRICHTUNG

Es werden eine Halbleiterlaservorrichtung und ein

optoelektronisches Strahlumlenkelement für eine

Halbleiterlaservorrichtung angegeben .

Laserpackages mit kantenemittierenden Halbleiterlaserdioden weisen üblicherweise die Diode in einem Gehäuse auf, aus dem das Laserlicht entsprechend der Einbaurichtung und Bauart der Diode abgestrahlt wird. Aufgrund der üblichen Montageart von kantenemittierenden Halbleiterlaserdioden ermöglichen solche Packages im Falle derartiger Dioden in der Regel eine

Auskopplung und Abstrahlung von Laserlicht über eine

Seitenfläche des Packages, also parallel beispielsweise zu einer Platine, auf der wiederum das Package montiert wird. Soll das Laserlicht jedoch senkrecht zu dieser Platine abgestrahlt werden, ist es erforderlich, zusätzlich zum

Package eine Strahlumlenkung auf der Platine vorzusehen. Soll zusätzlich auch noch die Leistung der Laserdiode überwacht werden, ist darüber hinaus noch eine Fotodiode auf der

Platine zu montieren. Neben dem Laserpackage sind somit auf Kundenseite üblicherweise weitere Komponenten zu montieren, was den Platz- und Montageaufwand erhöht.

Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, eine Halbleiterlaservorrichtung anzugeben. Zumindest eine weitere Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein optoelektronisches Strahlumlenkelement für eine

Halbleiterlaservorrichtung anzugeben . Diese Aufgaben werden durch Gegenstände gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte

Ausführungsformen und Weiterbildungen der Gegenstände sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist eine

Halbleiterlaservorrichtung eine Halbleiterlaserdiode auf. Die Halbleiterlaserdiode, die besonders bevorzugt als

Laserdiodenchip ausgebildet ist, ist dazu vorgesehen und eingerichtet, im Betrieb Licht abzustrahlen, das zumindest bei Überschreiten bestimmter Schwellenbedingungen Laserlicht ist. Entsprechend strahlt die Halbleiterlaserdiode im

normalen Betrieb bevorzugt Laserlicht ab, das verkürzt auch einfach als Licht bezeichnet werden kann.

Die Halbleiterlaserdiode weist zumindest eine aktive Schicht auf, die dazu eingerichtet und vorgesehen ist, im Betrieb in zumindest einem aktiven Bereich Licht zu erzeugen. Die

Halbleiterlaserdiode kann im Betrieb beispielsweise

kontinuierlich oder alternativ auch gepulst das Laserlicht abstrahlen. Die aktive Schicht kann insbesondere Teil einer Halbleiterschichtenfolge mit einer Mehrzahl von

Halbleiterschichten sein und eine Haupterstreckungsebene aufweisen, die senkrecht zu einer Anordnungsrichtung der Schichten der Halbleiterschichtenfolge ist. Beispielsweise kann die aktive Schicht genau einen aktiven Bereich

aufweisen. Weiterhin kann die Halbleiterlaserdiode mehrere aktive Bereiche aufweisen und als so genannter

Breitstreifenlaser ausgebildet sein. Für eine langwellige, infrarote bis rote Strahlung ist beispielsweise eine

Halbleiterschichtenfolge oder zumindest eine aktive Schicht auf Basis von In _x Ga _y Ali- _x-y As geeignet, für rote bis gelbe Strahlung ist beispielsweise eine Halbleiterschichtenfolge oder zumindest eines aktive Schicht auf Basis von In _x Ga _y Ali- _{x- y} P geeignet und für kurzwellige sichtbare Strahlung, also insbesondere im Bereich von grünem bis blauem Licht, und/oder für UV-Strahlung ist beispielsweise eine

Halbleiterschichtenfolge oder zumindest eine aktive Schicht auf Basis von In _x Ga _y Ali- _x-y N geeignet, wobei jeweils 0 < x < 1,

0 < y < 1 und x + y < 1 gilt.

Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist die

Halbleiterlaserdiode eine Auskoppelseite und eine der

Auskoppelseite gegenüberliegende Rückseite auf. Die

Auskoppelseite und die Rückseite können insbesondere

Seitenflächen der Halbleiterlaserdiode, besonders bevorzugt Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge, sein, die auch als sogenannte Facetten bezeichnet werden können. Über die Facette auf der Auskoppelseite kann die Halbleiterlaserdiode im Betrieb das im aktiven Bereich erzeugte Laserlicht

abstrahlen. Entsprechend ist die Halbleiterlaserdiode

bevorzugt eine kantenemittierende Halbleiterlaserdiode. Auf der Auskoppelseite und der Rückseite können geeignete

optische Beschichtungen, insbesondere reflektierende oder teilreflektierende Schichten oder Schichtenfolgen,

aufgebracht sein, die einen optischen Resonator für das in der aktiven Schicht erzeugte Licht bilden.

Die Abstrahlrichtung des von der Halbleiterlaserdiode im Betrieb erzeugten Laserlichts ist somit parallel zur

Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten und wird hier und im Folgenden als eine horizontale Richtung bezeichnet.

Ist die Halbleiterlaserdiode in der

Halbleiterlaservorrichtung wie weiter unten beschrieben auf einer Montagefläche eines Trägers angeordnet, sind die

Abstrahlrichtung und damit die horizontale Richtung besonders bevorzugt parallel zur Montagefläche. Eine Richtung senkrecht zur Montagefläche wird hier und im Folgenden als vertikale Richtung bezeichnet.

Begriffe wie „senkrecht" oder „parallel" können hier und im Folgenden jeweils eine exakte senkrechte oder parallele

Anordnung bezeichnen. Weiterhin können senkrechte oder parallele Anordnungen jeweils auch um einen geringen Winkel von der jeweils exakten Anordnung abweichen, wobei der

Abweichungswinkel beispielsweise einer Fertigungstoleranz geschuldet sein kann und beispielsweise kleiner oder gleich 10° oder kleiner oder gleich 5° oder kleiner oder gleich 3° oder kleiner oder gleich 1° oder bevorzugt kleiner oder gleich 0,5° ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die

Halbleiterlaservorrichtung ein Reflektorelement auf, das einen ersten Teil des Laserlichts in eine vertikale Richtung umlenkt. Der erste Teil des Laserlichts entspricht weniger als 100% des auf das Reflektorelement eingestrahlten

Laserlichts. Ein zweiter Teil des Laserlichts kann sich entsprechend in horizontaler Richtung weiter ausbreiten.

Insbesondere kann das Reflektorelement den zweiten Teil des Laserlichts, der größer als 0% des auf das Reflektorelement eingestrahlten Lichts ist, transmittieren, so dass der zweite Teil des Laserlichts durch das Reflektorelement

hindurchgestrahlt werden kann. Der zweite Teil ist

insbesondere kleiner als der erste Teil. Beispielsweise ist das Verhältnis zwischen dem ersten Teil und der Summe des ersten und zweiten Teils größer oder gleich 95% oder größer oder gleich 99% oder größer oder gleich 99,5%. Entsprechend kann das Verhältnis zwischen dem zweiten Teil und der Summe des ersten und zweiten Teils kleiner oder gleich 5% oder kleiner oder gleich 1% oder kleiner oder gleich 0,5% sein.

Mit anderen Worten reflektiert das Reflektorelement unter der Annahme vernachlässigbarer Verluste beispielsweise zumindest 95% oder zumindest 99% oder zumindest 99,5% aber weniger als 100% des auf das Reflektorelement eingestrahlten Laserlichts, während höchstens 5% oder höchstens 1% oder höchstens 0,5% aber mehr als 0% transmittiert wird.

Weiterhin weist die Halbleiterlaservorrichtung ein

Detektorelement auf, das zumindest teilweise im Strahlengang des zweiten Teils der Laserlichts angeordnet ist. Zumindest ein Teil des zweiten Teils des Laserlichts trifft im Betrieb der Halbleiterlaservorrichtung auf das Detektorelement. Das Detektorelement kann besonders bevorzugt als Fotodiode ausgebildet sein und entsprechend der auf das Detektorelement eingestrahlten Lichtintensität ein elektrisches Signal, beispielsweise einen elektrischen Strom, erzeugen, der ein Maß für die Intensität des von der Halbleiterlaserdiode im Betrieb abgestrahlten Laserlichts ist. Beispielsweise ist das elektrische Signal proportional zur eingestrahlten

Lichtintensität und damit auch proportional zur von der

Halbleiterlaserdiode abgestrahlten Laserlichtleitung. Durch das Detektorelement ist somit eine Leistungsmessung des

Laserlichts möglich.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die

Halbleiterlaserdiode, das Reflektorelement und das

Detektorelement gemeinsam in der Halbleiterlaservorrichtung integriert, wobei die Halbleiterlaservorrichtung eine einzige Komponente ist, die von einem Benutzer beispielsweise auf einer Platine montiert werden kann. Besonders bevorzugt sind die Halbleiterlaserdiode, das Reflektorelement und das

Detektorelement zusammen auf einem gemeinsamen Träger

angeordnet, wobei die Halbleiterlaservorrichtung bevorzugt mittels des Trägers montierbar, besonders bevorzugt

oberflächenmontierbar, ist. Die Halbleiterlaserdiode ist insbesondere derart auf einer Montagefläche auf dem Träger montiert, dass das im Betrieb durch die Halbleiterlaserdiode erzeugte Licht parallel zur Montagefläche entlang der

horizontalen Richtung zum Reflektorelement abgestrahlt wird, während die vertikale Richtung senkrecht zur Montagefläche ausgerichtet ist. Eine der Montagefläche gegenüberliegende Außenseite des Trägers kann zur Montage der

Halbleiterlaservorrichtung, beispielsweise auf einer Platine, vorgesehen und eingereicht sein. Der Träger kann

beispielsweise ein Halbleitermaterial, eine Keramikmaterial und/oder ein Kunststoffmaterial aufweisen und als ein mit elektrischen Leiterbahnen, Anschlüssen und/oder

Durchkontaktierungen versehener Träger, etwa als Leiterplatte oder als Teil eine Gehäuses, ausgebildet sein. Entsprechend kann die Halbleiterlaservorrichtung den Träger oder ein den Träger aufweisendes Gehäuse aufweisen. Besonders bevorzugt kann über die Montagefläche auch eine elektrische

Kontaktierung der Halbleiterlaserdiode und des

Detektorelements erfolgen.

Gemäß einer weiteren Aus führungs form sind zumindest ein Teil der Halbleiterlaserdiode und/oder zumindest ein Teil des Reflektorelements und/oder zumindest ein Teil des

Detektorelements mit einem transparenten Material bedeckt. „Transparent" bedeutet hier und im Folgenden insbesondere optisch bevorzugt möglichst durchlässig für das Laserlicht. Das transparente Material, das insbesondere einen optisch transparenten Kunststoff aufweist oder daraus ist, kann beispielsweise als Verguss oder als Formmasse ausgebildet sein, so dass zumindest ein Teil der Halbleiterlaserdiode und/oder zumindest ein Teil des Reflektorelements und/oder zumindest ein Teil des Detektorelements mit dem transparenten Material beispielsweise vergossen oder umformt sein können. Das transparente Material ist insbesondere im Strahlengang des Laserlichts angeordnet und kann besonders bevorzugt die beschriebenen Komponenten unmittelbar bedecken und zumindest teilweise umschließen. Insbesondere kann das transparente Material dazu dienen, die Halbleiterlaserdiode und das

Detektorelement optisch an das Reflektorelement anzukoppeln, so dass im Strahlengang des Laserlichts zum Reflektorelement und/oder im Strahlengang des zweiten Teils zum

Detektorelement jeweils kein Luftspalt vorliegt. Das

transparente Material kann beispielsweise Siloxane, Epoxide, Acrylate, Methylmethacrylate, Imide, Carbonate, Olefine, Styrole, Urethane oder Derivate davon in Form von Monomeren, Oligomeren oder Polymeren und weiterhin auch Mischungen, Copolymere oder Verbindungen damit aufweisen. Beispielsweise kann das transparente Material ein Epoxidharz,

Polymethylmethacrylat (PMMA) , Polystyrol, Polycarbonat, Polyacrylat, Polyurethan oder bevorzugt ein Silikonharz wie etwa Polysiloxan oder Mischungen daraus aufweisen oder sein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind zumindest ein Teil der Halbleiterlaserdiode und zumindest ein Teil des

Detektorelements mit einem intransparenten Material bedeckt. Insbesondere kann das intransparente Material entlang der vertikalen Richtung von der Halbleiterlaserdiode und dem Detektorelement ausgesehen über und besonders bevorzugt unmittelbar auf zumindest einem Teil des transparenten

Materials aufgebracht sein. Besonders bevorzugt bedeckt das intransparente Material das transparente Material vollständig. Durch das intransparente Material kann beispielsweise die Abstrahlung von Streulicht verringert oder sogar ganz verhindert werden. Bevorzugt ist das

intransparente Material nicht oder nur gering reflektierend. Besonders bevorzugt ist das intransparente Material zumindest in Bezug auf sichtbares Licht schwarz. Das intransparente Material kann eines oder mehrere der im Zusammenhang mit dem transparenten Material genannten Materialien, beispielsweise ein Epoxid, und zusätzlich darin beispielsweise Farbstoffe oder andere Füllstoffe, beispielsweise Ruß, aufweisen, die bewirken, dass das intransparente Material lichtundurchlässig ist .

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das

Reflektorelement zwei Prismen mit einer dazwischen

angeordneten dielektrischen Schicht auf. Die dielektrische Schicht ist besonders bevorzugt unter einem Winkel von 45° zur horizontalen Richtung angeordnet. Die Brechungsindices der Prismen, die mit oder aus Glas und/oder Kunststoff sein können, und der Brechungsindex der dielektrischen Schicht, die ein vorab genannter Kunststoff sein kann, sind so

gewählt, dass an der Grenzfläche zur dielektrischen Schicht eine teilweise Reflektion und eine teilweise Transmission des Laserlichts zur Aufspaltung des Laserlichts in den oben beschriebenen ersten und zweiten Teil stattfinden kann. Das Detektorelement ist bevorzugt von der Halbleiterlaserdiode ausgesehen in horizontaler Richtung hinter dem

Reflektorelement angeordnet. Besonders bevorzugt sind die Halbleiterlaserdiode, das Reflektorelement und das

Detektorelement auf einem gemeinsamen Träger wie weiter oben beschrieben angeordnet, wobei eine vom Träger abgewandte Oberfläche des Reflektorelements eine Lichtauskoppelfläche der Halbleiterlaservorrichtung bildet. Die Lichtauskoppelflache kann insbesondere durch eine Oberfläche eines der Glasprismen gebildet sein. Weist die

Halbleiterlaservorrichtung ein transparentes Material und/oder ein intransparentes Material auf, so ist die die Lichtauskoppelflache bildende Oberfläche des

Reflektorelements bevorzugt frei von diesen Materialien.

Insbesondere können die Lichtauskoppelfläche und eine dem Träger abgewandte Fläche des intransparenten Materials eine gemeinsame Oberfläche der Halbleiterlaservorrichtung bilden, die besonders bevorzugt eine ebene Oberfläche sein kann, die senkrecht zur vertikalen Richtung ist.

Im Vergleich beispielsweise zu einer Umlenkung des

Laserlichts über einen Spiegel ist es bei Verwendung des vorab beschriebenen Reflektorelements auf einfache Weise möglich, die Komponenten mit dem transparenten und dem intransparenten Material in der beschriebenen Weise zu bedecken. Außerdem ist auf sehr einfache Weise eine

Integration des Detektorelements trotz der Verwendung einer kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode und trotz des abdeckenden intransparenten Materials möglich.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die

Halbleiterlaservorrichtung ein optoelektronisches

Strahlumlenkelement auf, in dem das Reflektorelement und das Detektorelement integriert sind. Das Strahlumlenkelement weist insbesondere einen Halbleiterkörper mit einer

Montagefläche und einer unter einem Winkel von 45° zur

Montagefläche ausgebildeten Vorderseitenfläche auf. Auf der Vorderseitenfläche ist das durch eine Spiegelschicht

gebildete Reflektorelement aufgebracht. Das Detektorelement ist im Halbleiterkörper auf der der Montagefläche zugewandten Seite der Spiegelschicht ausgebildet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der

Halbleiterkörper Silizium auf. Insbesondere wird bei einem Verfahren zur Herstellung des Strahlumlenkelements ein

Siliziumwafer bereitgestellt. Der Siliziumwafer weist

zumindest eine erste Hauptoberfläche auf, die durch eine Kristallfläche gebildet wird, die um 9,74° von der

kristallographischen 100-Fläche abweicht. Aus der ersten Hauptoberfläche wird im Rahmen der Herstellung des

Strahlumlenkelements die Vorderseitenfläche gebildet, so dass die Vorderseitenfläche durch eine Kristallfläche gebildet wird, die um 9,74° von der kristallographischen 100-Fläche abweicht. Die Montagefläche wird durch Ätzen einer der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegenden zweiten Hauptoberfläche gebildet, die durch eine Kristallfläche gebildet wird, die ebenfalls um 9,74° von der kristallographischen 100-Fläche abweicht .

Unterschiedliche Kristallflächen werden im Silizium

unterschiedlich stark und somit anisotrop geätzt, wobei beispielsweise in einer Richtung senkrecht zur

kristallographischen 111-Fläche deutlich langsamer als in die anderen Richtungen geätzt wird. Mittels strukturiertem nasschemischen Ätzen der zweiten Hauptoberfläche werden in der zweiten Hauptoberfläche Gräben erzeugt. Aufgrund des anisotropen Ätzens werden insbesondere Gräben erzeugt, die zumindest eine Seitenflanke aufweisen, die durch die

kristallographische 111-Fläche gebildet wird und die im später fertiggestellten Strahlumlenkelement die Montagefläche bildet. Aufgrund der Orientierung der 100-Fläche und der 111- Fläche zueinander sowie wegen der Abweichung der

Hauptoberflächen um 9,74° von der kristallographischen 100- Fläche schließt die 111-Fläche mit den Hauptoberflächen einen Winkel von 45° ein, so dass die Montagefläche im später fertiggestellten Strahlumlenkelement mit der Montagefläche ebenfalls einen Winkel von 45° einschließt. Insbesondere kann der Siliziumwafer beispielsweise durch geeignetes Sägen eines Einkristalls so genau orientiert werden, dass der Winkel zwischen der Montagefläche und der Vorderseitenfläche um kleiner oder gleich 0,5° und bevorzugt um kleiner oder gleich 0,1° von 45° abweicht.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die das

Reflektorelement bildende Spiegelschicht ein Metall und/oder eine dielektrische Schichtenfolge auf. Die Dicke des Metalls und/oder die Schichtdicken und die Schichtzusammensetzung der dielektrischen Schichtenfolge sind so gewählt, dass eine teilweise Reflektion und eine teilweise Transmission des Laserlichts zur Aufspaltung des Laserlichts in den oben beschriebenen ersten und zweiten Teil erzielt werden kann.

Als Metalle eignen sich je nach Wellenlänge des Laserlichts beispielsweise Al, Au, Ag sowie Legierungen damit wie

beispielsweise TiAl und TiAg, wobei eine Spiegelschicht mit oder aus Al und/oder Ag insbesondere für sichtbares Licht und eine Spiegelschicht mit oder aus Au insbesondere für

infrarotes Licht geeignet sein kann. Als Materialien für die dielektrische Schichtenfolge eignen sich je nach Wellenlänge Kombinationen von Metall- und Halbmetalloxiden und Metall- und Halbmetallnitriden, beispielsweise S1O2, S13N4, T1O2,

AI2O3.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Detektorelement zumindest teilweise durch einen p-leitenden und einen n- leitenden Bereich des Halbleiterkörpers gebildet.

Insbesondere können der p-leitende und der n-leitende Bereich eine Fotodiode bilden. Beispielsweise kann der Siliziumwafer, der zur Herstellung bereitgestellt wird, n-leitend sein. Zur Bildung des Detektorelements kann ein p-leitender Bereich beispielsweise durch Diffusion oder Implantation eines geeigneten Dotierstoffs hergestellt werden. Ein p-leitender Siliziumwafer kann in einem Bereich entsprechend n-dotiert werden. Besonders bevorzugt grenzt einer der beiden Bereiche an zumindest einen Teil der Vorderseitenfläche an.

Insbesondere kann der im Siliziumwafer hergestellte dotierte Bereich zumindest teilweise an die erste Hauptoberfläche angrenzen, durch die im fertiggestellten optoelektronischen Strahlumlenkelement die Vorderseitenfläche gebildet wird. Weiterhin ist es auch möglich, dass durch eine entsprechende Mehrzahl von dotierten Bereichen im Halbleiterkörper eine Mehrzahl von Detektorelementen ausgebildet ist.

Zur Kontaktierung des Detektorelements weist der

Halbleiterkörper bevorzugt auf der Montagefläche und/oder auf zumindest einer von der Montagefläche und der

Vorderseitenfläche unterschiedlichen Rückseitenfläche

zumindest zwei elektrische Kontaktelemente auf, von denen zumindest eines den p-leitenden Bereich und zumindest ein anderes den n-leitenden Bereich kontaktiert. Zumindest eines der elektrischen Kontaktelemente kann mit einer elektrischen Durchkontaktierung in elektrischem Kontakt stehen, die von einer Rückseitenfläche oder der Montagefläche zur

Vorderseitenfläche reicht, so dass der an die

Vorderseitenfläche grenzende dotierte Bereich von der

Vorderseitenfläche her kontaktiert werden kann und mittels der Durchkontaktierung mit einem Kontaktelement in

elektrischem Kontakt steht. Durch die Kontaktelemente kann insbesondere eine Oberflächenmontage des optoelektronischen Strahlumlenkelements möglich sein. Das optoelektronische Strahlumlenkelement weist somit

integriert in eine Siliziumkomponente einen 45°-Reflektor und eine Fotodiode auf und kann planar auf einem geeigneten

Träger wie beispielsweise einem Substrat, einer Leiterplatte oder einem Gehäuseteil montiert werden. Zusammen mit der Halbleiterlaserdiode auf demselben Träger kann das

optoelektronische Strahlumlenkelement gleichzeitig zur

Strahlumlenkung und zur Leistungsüberwachung verwendet werden, wobei ein einfaches Pick-und-Place-Verfahren und ein Löt- oder Klebeverfahren zur Montage und elektrischen

Kontaktierung des Strahlumlenkelements ohne die Notwendigkeit von Bonddrähten verwendet werden können. Weiterhin können eine separate Detektion und Steuerung von verschiedenen

Halbleiterlaserdioden, beispielsweise mit verschiedenen

Wellenlängen, mit geringen Abstand im selben Gehäuse möglich sein. Bei der Herstellung können bevorzugt bewährte

Siliziumverarbeitungstechnologien und/oder MEMS-Technologien verwendet werden.

Die beschriebene Halbleiterlaservorrichtung ermöglicht eine kantenemittierende Halbleiterlaserdiode auf einem

oberflächenmontierbaren Träger, beispielsweise als Teil eines Gehäuses, das als sogenanntes Top-Looker-Package ausgebildet ist und durch eine interne 90 ° -Umlenkung Laserlicht senkrecht zur Montagefläche abstrahlt. Weiterhin kann das integrierte Detektorelement beispielsweise zur Leistungsmessung verwendet werden, wobei das Detektorelement wie beschrieben auf einfache Weise im Strahlengang des Laserlichts angeordnet werden kann. Weiterhin kann es hierbei möglich sein, im

Strahlengang das transparente Material zum Schutz und zur Vermeidung von Brechungsindexsprüngen anzuordnen und/oder die Komponenten der Halbleiterlaservorrichtung durch das

intransparente Material zu schützen. Die Halbleiterlaservorrichtung oder zumindest das

optoelektronische Strahlumlenkelement können beispielsweise im Automotive-, Industrie-, Militär- oder Consumer-Bereich verwendet werden. Besonders bevorzugt können die

Halbleiterlaservorrichtung oder zumindest das

optoelektronische Strahlumlenkelement beispielsweise für Lidar-Anwendungen verwendet werden. Weiterhin können die Halbleiterlaservorrichtung oder zumindest das

optoelektronische Strahlumlenkelement in

Projektionsanwendungen sowie in AR- und/oder VR-Anwendungen (AR: „augmented reality", erweiterte Realität; VR: „virtual reality", virtuelle Realität) verwendet werden.

Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und

Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in

Verbindung mit den Figuren beschriebenen

Ausführungsbeispielen .

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer

Halbleiterlaservorrichtung gemäß einem

Ausführungsbeispiel,

Figur 2 eine schematische Darstellung einer

Halbleiterlaservorrichtung gemäß einem weiteren

Ausführungsbeispiel,

Figur 3 eine schematische Darstellung einer

Halbleiterlaservorrichtung gemäß einem weiteren

Ausführungsbeispiel,

Figuren 4A bis 4D schematische Darstellungen eines

optoelektronischen Strahlumlenkelements für eine

Halbleiterlaservorrichtung gemäß einem weiteren

Ausführungsbeispiel, Figuren 5A und 5B schematische Darstellungen eines optoelektronischen Strahlumlenkelements für eine

Halbleiterlaservorrichtung gemäß einem weiteren

Ausführungsbeispiel,

Figuren 6A bis 6J schematische Darstellungen von

Verfahrensschritten eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Strahlumlenkelements für eine Halbleiterlaservorrichtung gemäß einem weiteren

Ausführungsbeispiel und

Figuren 7A bis 7C schematische Darstellungen von

Verfahrensschritten eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Strahlumlenkelements für eine Halbleiterlaservorrichtung gemäß einem weiteren

Ausführungsbeispiel .

In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.

In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel für eine

Halbleiterlaservorrichtung 100 gezeigt, die eine

kantenemittierende Halbleiterlaserdiode 1 aufweist. Die

Halbleiterlaserdiode 1 strahlt im Betrieb Laserlicht 10 entlang einer horizontalen Richtung 91 ab. Weiterhin weist die Halbleiterlaservorrichtung 100 ein Reflektorelement 2 auf, teilweise reflektierend und teilweise transmittierend für das Laserlicht 10 ausgebildet ist. Insbesondere lenkt das Reflektorelement 2 einen ersten Teil 11 des Laserlichts 10 in eine vertikale Richtung 92 um, während sich ein zweiter Teil 12 des Laserlichts 10 in horizontaler Richtung 91 weiter ausbreitet. Der zweite Teil 12 des Laserlichts 10 ist kleiner als der erste Teil 11 des Laserlichts 10. Bevorzugt ist das Verhältnis zwischen dem ersten Teil 11 und der Summe des ersten und zweiten Teils 11, 12 größer oder gleich 0,95 oder größer oder gleich 0,99 oder größer oder gleich 0,995.

Entsprechend ist das Verhältnis zwischen dem zweiten Teil 12 und der Summe des ersten und zweiten Teils 11, 12 kleiner oder gleich 0,05 oder kleiner oder gleich 0,01 oder kleiner oder gleich 0,005, wobei der zweite Teil 12 größer als 0% des Laserlichts 10 ist.

Zumindest teilweise in einem Strahlengang des zweiten Teils 12 des Laserlichts 10 ist ein Detektorelement 3 angeordnet. Während der erste Teil 11 aus der Halbleiterlaservorrichtung 100 ausgekoppelt wird, dient der zweite Teil 12 zur Messung der Laserlichtintensität und/oder Intensitätsänderungen durch das Detektorelement 3, das beispielsweise eine Fotodiode aufweist oder ist.

Die Halbleiterlaserdiode 1 basiert je nach gewünschter

Wellenlänge des Laserlichts 10, wie oben im allgemeinen Teil beschrieben ist, beispielsweise auf einem der Materialien In _x Ga _y Ali- _x-y As , In _x Ga _y Ali- _x-y P oder In _x Ga _y Ali- _x-y N, wobei jeweils 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x + y < 1 gilt. Die

Halbleiterlaserdiode 1 kann als kontinuierlich emittierende Laserdiode oder als gepulste Laserdiode mit einem einzigen aktiven Bereich oder mit einer Mehrzahl von aktiven

Beriechen, insbesondere in Form eines Breitstreifenlasers, ausgebildet sein. Die Halbleiterlaserdiode 1, das Reflektorelement 2 und das Detektorelement 3 sind gemeinsam in der

Halbleiterlaservorrichtung 100 integriert. Insbesondere können die Halbleiterlaserdiode 1, das Reflektorelement 2 und das Detektorelement 3 wie gezeigt in einem gemeinsamen

Gehäuse 99 angeordnet sein. Das Gehäuse 99, das

beispielsweise ein Kunststoffgehäuse, eine Keramikgehäuse, ein Metallgehäuse oder eine Mischung daraus mit Leiterrahmen und/oder Leiterbahnen sein kann, kann insbesondere

oberflächenmontierbar sein und eine Montagefläche aufweisen, die senkrecht zur vertikalen Richtung 92 ausgerichtet ist. Entsprechend strahlt die Halbleiterlaserdiode 1 im Betrieb das Laserlicht 10 parallel zur Montagefläche ab. Der erste Teil 11 des Laserlichts 10 wird senkrecht zur Montagefläche abgestrahlt, so dass die Halbleiterlaservorrichtung 100 ein sogenanntes Top-Looker-Package sein kann.

Weitere Merkmale und Modifikationen der

Halbleiterlaservorrichtung 100 sind in Verbindung mit den nachfolgenden Figuren erläutert. Die Beschreibung der nachfolgenden Figuren bezieht sich hauptsächlich auf

Unterschiede und Weiterentwicklungen im Vergleich zu

vorausgegangenen Ausführungsbeispielen. Nicht beschriebene Merkmale können daher jeweils wie in vorausgegangenen

Ausführungsbeispielen ausgebildet sein.

In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel für eine

Halbleiterlaservorrichtung 100 gezeigt, bei der die

Halbleiterlaserdiode 1, das Reflektorelement 2 und das

Detektorelement 3 auf einer Montagefläche eines gemeinsamen Trägers 6 montiert sind. Der Träger 6 kann beispielsweise ein Halbleitermaterial, eine Keramikmaterial und/oder ein

Kunststoffmaterial aufweisen und als mit elektrischen Leiterbahnen, Anschlüssen und/oder Durchkontaktierungen versehener Träger, etwa als Leiterplatte oder als Teil eines Gehäuses, ausgebildet sein. Besonders bevorzugt erfolgt über die Montagefläche die elektrische Kontaktierung der

Halbleiterlaserdiode 1 und des Detektorelements 3. Wie gezeigt ist die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode 1 derart auf der Montagefläche auf dem Träger 6 montiert, dass das im Betrieb durch die Halbleiterlaserdiode 1 erzeugte Laserlicht 10 parallel zur Montagefläche entlang der

horizontalen Richtung 91 zum Reflektorelement 2 abgestrahlt wird, während die vertikale Richtung 92 senkrecht zur

Montagefläche ausgerichtet ist.

Die Halbleiterlaserdiode 1 ist im gezeigten

Ausführungsbeispiel als gepulste

Breitstreifenmultimodelaserdiode ausgebildet, deren

Laserlicht 10, wie durch die gestrichelten Linien angedeutet ist, eine große Divergenz aufweisen kann. Durch die große räumliche Nähe der Halbleiterlaserdiode 1 zum

Reflektorelement 2 sind jedoch keine weiteren optischen

Maßnahmen zur Kollimierung des Laserlichts 10 vor der

Strahlteilung notwendig.

Das Reflektorelement 2 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Prismen 21 mit einer dazwischen angeordneten

dielektrischen Schicht 22 auf, wobei die dielektrische

Schicht 22 unter einem Winkel von 45° zur horizontalen

Richtung 91 angeordnet ist. Die Prismen 21 sind

beispielsweise mit oder aus Glas, etwa Borosilikatglas oder Quarzglas. Das Reflektorelement 2 kann somit aus zwei

miteinander verbundenen Glasprismen gebildet sein, die über die dielektrische Schicht 22 miteinander verbunden sind.

Alternativ können die Prismen 21 auch einen Kunststoff aufweisen oder daraus sein. An der Grenzfläche zwischen den Prismen 21 ist die dielektrische Schicht 22 aufgebracht, deren Brechungsindex im Vergleich zum Brechungsindex der Prismen 21 so gewählt ist, dass die vorab beschriebene

Reflektion des ersten Teils 11 und Transmission des zweiten Teils 12 erreicht wird. Entsprechend bewirkt das

Reflektorelement 2 im Hinblick auf den ersten Teil 11 eine Umlenkung des Laserlichts 10 um 90° und damit eine

Auskopplung des durch den ersten Teil 11 gebildeten Strahls aus der Halbleiterlaservorrichtung 100.

Der kleinere zweite Teil 12 des Laserlichts 10, der

beispielsweise wie vorab beschrieben 1% des von der

Halbleiterlaserdiode erzeugten Laserlichts 10 betragen kann, wird durch die dielektrische Schicht 22 transmittiert .

Zumindest ein Teil davon kann somit das hinter dem

Reflektorelement 2 montierte Detektorelement 3, das bevorzugt als Fotodiode ausgebildet ist, erreichen.

Die Halbleiterlaserdiode 1 und das Detektorelement 3 sind mit einem optisch transparenten Material 4 optisch an das

Reflektorelement 2 angebunden. Hierzu können, wie in Figur 2 gezeigt ist, zumindest ein Teil der Halbleiterlaserdiode 1, zumindest ein Teil des Reflektorelements 2 und zumindest ein Teil des Detektorelements 3 mit dem transparenten Material 4 bedeckt sein. Das transparente Material 4 ist beispielsweise ein optisches Silikon oder Acryl oder ein anderes im

allgemeinen Teil genanntes Material und kann beispielsweise mittels Gießen, Dispensen oder Auftropfen aufgebracht werden. Durch Kapillarkräfte kann das noch flüssige transparente Material 4, das besonders bevorzugt brechungsindexangepasst ist, in die Spalte zwischen der Halbleiterlaserdiode 1 und dem Reflektorelement 2 sowie zwischen dem Detektorelement 3 und dem Reflektorelement 2 gelangen und diese vollständig ausfüllen, so das keine Luftspalte im Strahlengang des

Laserlichts vor oder hinter dem Reflektorelement 2

verbleiben, wodurch Streuverluste hervorgerufen durch

Brechungsindexsprünge an Grenzflächen zur Luft vermieden werden können.

Über der Halbleiterlaserdiode 1, dem Detektorelement 3 und dem transparenten Material 4 ist weiterhin ein

intransparentes Material 5 aufgebracht, das die genannten Komponenten wie gezeigt bevorzugt vollständig bedeckt. Das intransparente Material 5 ist im gezeigten

Ausführungsbeispiel ein schwarzes Epoxid und wird

beispielsweise mittels Casting oder einem Folien

unterstützten Formverfahren aufgebracht. Die vom Träger 6 abgewandte Oberfläche des Reflektorelements 2 bildet die Lichtauskoppelfläche 23 der Halbleiterlaservorrichtung 100. Die Lichtauskoppelfläche 23 wird somit insbesondere durch eine Oberfläche eines der Glasprismen 21 gebildet. Das intransparente Material 5 ist seitlich an das

Reflektorelement 2 angrenzend angeordnet, wobei die

Lichtauskoppelfläche 23 frei vom intransparenten Material 5 wie auch vom transparenten Material 4 ist. Wie gezeigt bilden die Lichtauskoppelfläche 23 und eine vom Träger 6 abgewandte Fläche des intransparenten Materials 5 eine gemeinsame

Oberfläche der Halbleiterlaservorrichtung 100, die besonders bevorzugt eine ebene Oberfläche ist, die sich senkrecht zur vertikalen Richtung 92 erstreckt. Damit weist die

Halbleiterlaservorrichtung 100 eine durchgehende, ebene Oberfläche auf, die beispielsweise im Hinblick auf übliche Pick-and-Place-Verfahren vorteilhaft sein kann, während die Halbleiterlaserdiode 1, das Reflektorelement 2 und das

Detektorelement 3 durch die Materialien 4, 5 geschützt sind. In Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel für eine

Halbleiterlaservorrichtung 100 gezeigt, die im Vergleich zum vorherigen Ausführungsbeispiel ein optoelektronisches

Strahlumlenkelement 7 aufweist, in dem ein Reflektorelement 2 und ein Detektorelement 3 integriert sind. Weiterhin ist die Halbleiterlaserdiode 1 rein beispielhaft auf einem

Unterbauelement („submount") 19 auf dem Träger 6 montiert, das beispielsweise mit aus einem Metall oder einer gut wärmeleitenden Keramik wie etwa A1N sein kann und das eine verbesserte Wärmeableitung aus der Halbleiterlaserdiode 1 bewirken kann. Alternativ zum in Figur 3 gezeigten

Ausführungsbeispiel kann die Halbleiterlaservorrichtung 100 zusätzlich ein transparentes Material und/oder ein

intransparentes Material wie vorab beschrieben aufweisen, das die Halbleiterlaserdiode 1 und/oder das Strahlumlenkelement 7 zumindest teilweise bedeckt.

Das optoelektronische Strahlumlenkelement 7 weist einen

Halbleiterkörper 70 mit einer Montagefläche 71, einer

Vorderseitenfläche 72 und von der Montagefläche 71 und der Vorderseitenfläche 72 verschiedenen Rückseitenflächen 73 auf. Weiterhin weist der Halbleiterkörper 70 parallel zur

Zeichnungsebene Seitenflächen auf. Mittels der Montagefläche 71 ist das Strahlumlenkelement 7 auf der Montagefläche des Trägers 6 montiert, beispielsweise mittels Löten oder Kleben, während die Vorderseitenfläche 72, auf der eine das

Reflektorelement 2 bildende Spiegelschicht 74 aufgebracht ist, die der Halbleiterlaserdiode 1 zugewandt angeordnet ist. Der Halbleiterkörper 70 weist Silizium auf und ist

insbesondere aus einem Siliziumwafer gefertigt, wie weiter unten in Verbindung mit den Figuren 6A bis 7C näher erläutert ist. Der Halbleiterkörper 70 weist eine derartige

Kristallorientierung auf, dass die Vorderseitenfläche 72 durch eine Kristallfläche gebildet wird, die um 9,74° von der kristallographischen 100-Fläche abweicht. Die Montagefläche 71 wird durch eine Kristallfläche gebildet, die eine

kristallographische 111-Fläche ist. Die Vorderseitenfläche 72 und die Montagefläche 71 schließen einen Winkel 93 von 45° ein, so dass ein erster Teil 11 des auf das Reflektorelement 2 im Betrieb entlang der horizontalen Richtung 91 gestrahlten Laserlichts 10 in die vertikale Richtung 92 umgelenkt und aus der Halbleiterlaservorrichtung 100 abgestrahlt wird. Die Spiegelschicht 74 ist teilweise durchlässig für das

Laserlicht 10, so dass ein zweiter Teil 12 des Laserlichts 10 durch die Spiegelschicht 74 transmittiert wird und sich in horizontaler Richtung 91 weiter ausbreiten kann.

Beispielsweise können der erste Teil 99% und der zweite Teil 1% des eingestrahlten Laserlichts 10 sein.

Die das Reflektorelement 2 bildende Spiegelschicht 74 weist ein Metall und/oder eine dielektrische Schichtenfolge auf.

Die Dicke des Metalls und/oder die dielektrische

Schichtenfolge sind so gewählt, dass die beschriebene

teilweise Reflektion und teilweise Transmission des

Laserlichts 10 zur Aufspaltung des Laserlichts 10 in den ersten und zweiten Teil 11, 12 erfolgt. Als Metalle eignen sich je nach Wellenlänge des Laserlichts 10 beispielsweise Al, Au, Ag sowie Legierungen damit, wobei Al und/oder Ag insbesondere für sichtbares Licht und Au insbesondere für infrarotes Licht geeignet sein kann. Als Materialien für die dielektrische Schichtenfolge eignen sich je nach Wellenlänge Kombinationen von Metall- und Halbmetalloxiden und Metall- und Halbmetallnitriden wie beispielsweise SiCh, S1 ₃ N ₄ , T1O2, A1 ₂ 0 ₃ . Das Detektorelement 3 ist im Halbleiterkörper 70 auf der der Montagefläche 71 zugewandten Seite der Spiegelschicht 74 ausgebildet, so dass zumindest ein Teil des zweiten Teils 12 auf das Detektorelement 3 eingestrahlt wird. Zur Bildung des Detektorelements 3 weist der Halbleiterkörper 70

unterschiedlich leitende Bereiche 75, 76 auf, von denen einer p-leitend und einer n-leitend ist. Beispielsweise kann der Bereich 75, der dem Halbleiterkörper 70 bis auf den Bereich 76 entspricht, n-leitend sein, während der Bereich 76 p- leitend ist. Es ist auch eine umgekehrte Dotierung möglich. Insbesondere können der p-leitende und der n-leitende Bereich eine Fotodiode als Detektorelement 3 bilden. Zur

Kontaktierung des Detektorelements 3 weist das

Strahlumlenkelement 7 Kontaktelemente (nicht gezeigt) auf.

Das optoelektronische Strahlumlenkelement 7 weist wie

beschrieben mit Vorteil eine Kombination des

Reflektorelements 2 und des Detektorelements 3 in derselben Komponente auf, so dass nur eine auf dem Träger 6 zu

montierende Komponente zusätzlich zur Halbleiterlaserdiode 1 zur Strahlumlenkung und zur Leistungsmessung notwendig ist. Dadurch ist eine kompakte Bauform der

Halbleiterlaservorrichtung 100 möglich, da kein zusätzlicher Platz für das Detektorelement 3 benötigt wird. Die

Einstellung der Abstrahlrichtung aus der

Halbleiterlaservorrichtung 100 und die Detektion der

Laserlichtleistung ist direkt mit dem von der

Halbleiterlaserdiode 1 abgestrahlten Laserlichtstrahl

möglich, so dass im Vergleich zu üblichen Laserpackages

Einflüsse durch die Gehäusegeometrie reduziert werden können. Durch die vorab beschriebene Verwendung der speziellen

Kristallstrukturorientierung des Halbleiterkörpers 70 kann, wie auch weiter unten beschrieben ist, eine hochgenaue 45°- Flanke zur Bildung der Montagefläche 71 und damit eine hochgenaue Orientierung des Reflektorelements 2 relativ zur Montagefläche 71 erreicht werden. Dabei ist eine einfache Integration eines metallischen oder dielektrischen Spiegels möglich. Weitere Merkmale des optoelektronischen

Strahlumlenkelements 7 werden in Verbindung mit den

nachfolgenden Figuren erläutert.

In den Figuren 4A bis 4D sind verschiedene Ansichten eines optoelektronischen Strahlumlenkelements 7 für eine

Halbleiterlaservorrichtung gezeigt. In Figur 4A ist eine Ansicht auf die Vorderseitenfläche 72 dargestellt, während die Figuren 4B und 4C dreidimensionale Schnittansichten auf die in Figur 4A angedeutete Schnittebene AA zeigen. In Figur 4D ist eine Ansicht auf die Montagefläche 71 und die

Rückseitenflächen 73 gezeigt. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich gleichermaßen auf die Figuren 4A bis 4D.

Das Strahlumlenkelement 7 ist in Bezug auf den

Halbleiterkörper 70 und dessen Außenflächen 71, 72, 73 sowie in Bezug auf das Reflektorelement 2 und das Detektorelement 3 wie in Verbindung mit Figur 3 beschrieben ausgebildet. Zur elektrischen Kontaktierung sowie zur Montage des

Detektorelements 3 weist der Halbleiterkörper 70 im gezeigten Ausführungsbeispiel auf der Montagefläche 71 und den

Rückseitenflächen 73 zwei elektrische Kontaktelemente 77 in Form von Metallschichten auf, von denen zumindest eines den Bereich 76 und zumindest ein anderes den Bereich 75

kontaktiert. Das den Bereich 76 kontaktierende Kontaktelement 77 ist durch eine nicht gezeigte elektrisch isolierende

Schicht vom Bereich 75 elektrisch isoliert. Weiterhin steht das den Bereich 76 kontaktierende Kontaktelement 77 mit einer elektrischen Durchkontaktierung 78 in elektrischem Kontakt, die von einer Rückseitenfläche 73 zur Vorderseitenfläche 72 reicht, so dass der an die Vorderseitenfläche 72 grenzende dotierte Bereich 76 von der Vorderseitenfläche 72 her kontaktiert werden kann. Alternativ zum gezeigten

Ausführungsbeispiel können eines oder beide der

Kontaktelemente 77 beispielsweise auch nur auf nur einer der Rückseitenflächen 73 oder nur auf der Montagefläche 71 angeordnet sein. Zumindest Teile der Kontaktelemente 77 können beispielsweise Lötpads bilden, mittels der das

Strahlumlenkelement 7 auf dem Träger 6 befestigt und

elektrisch angeschlossen werden kann. Weiterhin sind die Größe, Position und Form der Kontaktelemente 77 und der Durchkontaktierung 78 rein beispielhaft zu verstehen und können an die Montageanforderungen angepasst sein. Die

Kontaktelemente 77 und die Durchkontaktierung 78 weisen bevorzugt eines oder mehrere Metalle auf oder sind daraus, beispielsweise ausgewählt aus Kupfer, Nickel, Gold, Silber, Aluminium, Chrom.

In den Figuren 5A und 5B ist ein Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Strahlumlenkelement 7 in den Figuren 4A und 4D entsprechenden Ansichten gezeigt, das im Vergleich zum vorherigen Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von dotierten Bereichen 76 im Halbleiterkörper aufweist. Zusammen mit dem Bereich 75 bildet jeder der Bereiche 76 ein Detektorelement 3, so dass das Strahlumlenkelement 7 eine Mehrzahl von

Detektorelementen 3 aufweist. Mit anderen Worten weist das Strahlumlenkelement 7 eine segmentierte Fotodiode auf.

Zur Kontaktierung der Detektorelemente 3 weist der

Halbleiterkörper 70 entsprechend eine Mehrzahl von

Kontaktelementen 77 und Durchkontaktierungen 78 auf, die wie im vorherigen Ausführungsbeispiel ausgebildet sein können. Hierbei kann das Strahlumlenkelement 7 wie gezeigt ein je Kontaktelement 77 mit einer zugehörigen Durchkontaktierung 78 für jeden Bereich 76 sowie ein gemeinsames Kontaktelement 77 zur Kontaktierung des Bereichs 75 aufweisen. Aufgrund einer derartigen segmentierten Fotodiode kann das

Strahlumlenkelement 7 mit einer Mehrzahl von

Halbleiterlaserdioden auf einem gemeinsamen Träger verwendet werden, wobei eine separate Detektion und Steuerung der verschiedenen Halbleiterlaserdioden, beispielsweise mit verschiedenen Wellenlängen, mit geringen Abstand auf

demselben Träger oder im selben Gehäuse möglich ist.

In den Figuren 6A bis 6J sind Verfahrensschritte eines

Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen

Strahlumlenkelements 7 für eine Halbleiterlaservorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt. Insbesondere wird in einem Waferprozess, in dem Verfahrenstechniken aus der

Siliziumtechnologie und der MEMS-Technologie verwendet werden können, eine Mehrzahl von optoelektronischen

Strahlumlenkelementen 7 hergestellt.

Wie in Figur 6A gezeigt ist, wird ein Siliziumwafer 8

bereitgestellt. Der Siliziumwafer 8 weist zumindest eine erste Hauptoberfläche 81 und eine gegenüberliegende zweite Hauptoberfläche 82 auf. Der Siliziumwafer 8 ist in Bezug auf seine Kristallstruktur so orientiert, dass die

Hauptoberflächen 81, 82 durch Kristallflächen gebildet werden, die um 9,74° von der kristallographischen 100-Fläche abweichen. Hierzu kann der Siliziumwafer 8 beispielsweise durch geeignetes Sägen eines Einkristalls entsprechend orientiert werden. Der Siliziumwafer weist einen ersten

Leitfähigkeitstyp auf und kann beispielsweise n-leitend sein, etwa durch eine entsprechende Dotierung. Alternativ dazu kann der Siliziumwafer 8 auch p-leitend sein, wobei für diesen Fall die folgende Beschreibung mit entsprechend vertauschten Leitungstypen gilt.

An der ersten Hauptoberfläche 81 werden p-leitende Bereiche 76 hergestellt. Die Bereiche 76 werden beispielsweise mittels Diffusion oder Implantation eines geeigneten Dotierstoffs erzeugt und bilden in den später fertiggestellten

Strahlumlenkelementen 7 zusammen mit dem Bereich 75 die vorab beschriebenen Detektorelemente 3. Durch eine geeignete strukturierte Dotierung können auch segmentierte Fotodioden, wie weiter oben beschrieben, hergestellt werden.

Aus der ersten Hauptoberfläche 81 wird im Rahmen des hier beschriebenen Verfahrens die Vorderseitenfläche 72 der

Halbleiterkörper 70 gebildet, wie in Figur 6C angedeutet ist, so dass die Vorderseitenflächen der später fertiggestellten Strahlumlenkelemente 7 durch eine Kristallfläche gebildet wird, die um 9,74° von der kristallographischen 100-Fläche abweicht. Durch anisotropes Ätzen der zweiten Hauptoberfläche 82 in Verbindung mit geeigneten Lithographieschritten werden in der zweiten Hauptoberfläche 82 Gräben 83 gebildet.

Abhängig von der Kristallorientierung wird dabei der

Siliziumwafer 8 in unterschiedlichen Richtungen

unterschiedlich stark geätzt, wobei in einer Richtung

senkrecht zur kristallographischen 111-Fläche deutlich langsamer als in die anderen Richtungen geätzt wird. In der zweiten Hauptoberfläche 82 werden somit Gräben 83 mit

Seitenflanken 84 erzeugt, von denen zumindest eine durch die kristallographische 111-Fläche gebildet wird. Besonders bevorzugt können alle Seitenflanken 84 diese Orientierung aufweisen. Aufgrund der Orientierung der 100-Ebene und der 111-Eben im Kristallgitter des Siliziumwafers 8 zueinander sowie aufgrund der Abweichung der Hauptoberflächen 81, 82 um

9,74° von der kristallographischen 100-Fläche schließt zumindest eine Seitenflanke 84 der Gräben 83, die in den später fertiggestellten Strahlumlenkelementen 7 die

Montageflächen 71 bilden, mit den Hauptoberflächen 81, 82 einen Winkel von 45° ein. Die anderen Seitenflanken 84 und die Reste der ersten Hauptoberfläche 81 bilden die

Rückseitenflächen 73 der später fertiggestellten

Strahlumlenkelemente 7. Nach dem Ausbilden der Gräben 83 bildet der Siliziumwafer 8 somit einen Verbund von vorab beschriebenen Halbleiterkörpern 70.

In einem weiteren Verfahrensschritt werden, wie in Figur 6D gezeigt ist, Öffnungen von der ersten Hauptoberfläche 81 zur gegenüberliegenden Seite durch den Siliziumwafer 8 durch geeignete Lithographieschritte und anisotrope Ätzschritte zur Herstellung von elektrischen Durchkontakterungen erzeugt. Der Übersichtlichkeit halber sind in Figur 6D und 6E die

Öffnungen bereits als elektrische Durchkontaktierungen 78 gekennzeichnet, wobei die nachfolgend beschriebenen

Verfahrensschritte noch zur Fertigstellung dieser dienen. Im Vergleich zu den Ausführungsbeispielen der Figuren 4A bis 5B reichen die Durchkontaktierungen 78 in diesem

Ausführungsbeispiel von der Vorderseitenfläche 72 zur

Montagefläche 71.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird, wie in Figur 6E gezeigt ist, auf den Oberflächen des Siliziumwafers 8 eine elektrisch isolierende Schicht 86 erzeugt. Dies kann

beispielsweise durch eine Oxidation der Oberflächen erfolgen, wodurch eine Si0 ₂ -Schicht gebildet wird. Alternativ hierzu kann beispielsweise auch eine Siliziumnitrid-Schicht erzeugt oder aufgebracht werden. Wie in Figur 6F gezeigt ist, wird auf der der ersten

Hauptoberfläche 81 gegenüberliegenden Seite in Verbindung mit geeigneten Lithographieschritten in strukturierter Weise eine elektrisch leitende Schicht 87 aufgebracht, die in den fertiggestellten Strahlumlenkelementen 7 die Kontaktelemente sowie die elektrisch leitende Füllung der

Durchkontaktierungen bildet. An geeigneten Stellen wird hierzu noch die elektrisch isolierende Schicht 86 mit

Öffnungen versehen (nicht gezeigt) , um eine Kontaktierung zum Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers im Bereich 75 zu ermöglichen .

Auf der ersten Hauptoberfläche 81 wird, wie in den Figuren 6G und 6H gezeigt ist, eine Spiegelschicht 74 großflächig aufgebracht und anschließend durch entsprechende

Lithographieschritte strukturiert. Die Spiegelschicht 74 kann wie weiter oben beschriebene mit oder aus Ag, Al und/oder Au sein. Besonders bevorzugt kann TiAl, TiAg oder Au als

Spiegelschicht 74 aufgebracht werden. Die Spiegelschicht 74 kann gleichzeitig auch als elektrische Kontaktierung der Bereiche 76 dienen, wobei in diesem Fall die elektrisch isolierende Schicht 86 auf der ersten Hauptoberfläche 81 mit geeigneten Öffnungen (nicht gezeigt) versehen werden kann. Danach kann, wie in Figur 61 gezeigt ist, eine

Verkapselungsschicht 88 zum Schutz der Spiegelschicht 74 aufgebracht werden, die beispielsweise S1O2 und/oder S13N4 aufweist oder daraus ist. Durch Trennen beispielsweise mittels Sägen oder Laserschneiden kann der so hergestellte Verbund in einzelne optoelektronische Strahlumlenkelemente 7 vereinzelt werden, wie in Figur 6J gezeigt ist.

In den Figuren 7A bis 7C sind Verfahrensschritte eines

Verfahrens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem im Vergleich zum vorherigen Ausführungsbeispiel anstelle einer metallischen Spiegelschicht eine dielektrische Schichtenfolge als Spiegelschicht 74 aufgebracht wird. Der in Figur 7A gezeigte Verfahrensschritt schließt an den in Figur 6F gezeigten Verfahrensschritt an. Zur Kontaktierung des dotierten Bereichs 76 wird die elektrisch isolierende Schicht 86 zumindest in einem Bereich geöffnet und ein Kontaktelement 79, beispielsweise aus demselben Material wie die

Kontaktelemente 77, wird in Kontakt mit der

Durchkontaktierung 78 aufgebracht. Anschließend wird, wie in Figur 7B gezeigt ist, darüber die dielektrische

Schichtenfolge als Spiegelschicht 74 aufgebracht,

beispielsweise mit einer TiCh-Schicht, einer SiCh-Schicht und einer SiN-Schicht . Anschließend erfolgt, wie in Figur 7C gezeigt ist und wie schon vorab in Verbindung mit Figur 6J erläutert ist, eine Vereinzelung des Wafers durch Sägen oder Laserschneiden in einzelne optoelektronische

Strahlumlenkelemente 7.

Die in den in Verbindung mit den Figuren beschriebenen

Merkmale und Ausführungsbeispiele können gemäß weiteren

Ausführungsbeispielen miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen explizit beschrieben sind.

Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren

beschriebenen Ausführungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen .

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102019115597.5, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. 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

1 Halbleiterlaserdiode

2 Reflektorelement

3 Detektorelement

4 transparentes Material

5 intransparentes Material

6 Träger

7 optoelektronisches Strahlumlenkelement

8 Wafer

9 Lichtauskoppelfläche

10 Laserlicht

11 erster Teil

12 zweiter Teil

1 9 Unterbauelement

21 Prisma

22 dielektrische Schicht

23 Oberfläche

7 0 Halbleiterkörper

7 1 Montagefläche

72 Vorderseitenfläche

73 Montagefläche

74 SpiegelSchicht

75, 7 6 dotierter Bereich

77 Kontaktelernent

7 8 elektrische Durchkontaktierung

7 9 Kontaktelernent

8 1, 82 Hauptoberfläche

83 Graben

84, 85 Flanke

86 elektrisch isolierende Schicht

87 elektrisch leitende Schicht

88 VerkapselungsSchicht 91 horizontale Richtung

92 vertikale Richtung

93 Winkel

99 Gehäuse

100 Halbleiterlaservorrichtung