Beschreibung

HALBLEITERLASER UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES SOLCHEN

HALBLEITERLASERS

Es wird ein Halbleiterlaser angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiterlasers angegeben . Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen Halbleiterlaser anzugeben, der augensicher und effizient herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird unter anderem durch einen Halbleiterlaser und durch ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind

Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet der

Halbleiterlaser einen oder mehrere Halbleiterlaserchips. Der mindestens eine Halbleiterlaserchip umfasst eine

Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge beinhaltet eine oder mehrere aktive Zonen zur Erzeugung von Laserstrahlung. Außerdem weist der Halbleiterlaserchip eine Lichtaustrittsfläche auf. An der Lichtaustrittsfläche erfolgt die Emission der Laserstrahlung.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem zumindest einen Halbleiterlaserchip um einen

Oberflächenemitter. Dies bedeutet insbesondere, dass der Halbleiterlaserchip die im Betrieb erzeugte Laserstrahlung an einer vergleichsweise großen Oberfläche emittiert. Die

Oberfläche, also die Lichtaustrittsfläche, an der der

Halbleiterlaserchip die Laserstrahlung emittiert, ist bevorzugt senkrecht oder näherungsweise senkrecht zu einer Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge orientiert, sodass eine Resonatorrichtung parallel oder näherungsweise parallel zur Wachstumsrichtung verläuft. Näherungsweise bedeutet hier und im Folgenden insbesondere mit einer

Toleranz von höchstens 15° oder 5° oder 2°. Im Gegensatz zu Oberflächenemittern weisen Kantenemitter dagegen eine

Emissionsrichtung und Resonatorrichtung in Richtung senkrecht zur Wachstumsrichtung auf.

Die Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf einem 13- 15-Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial wie Al _n In _] __ _n _ _m Ga _m N oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie

Al _n In _] __ _n _ _m Ga _m P oder auch um ein Arsenid-

Verbindungshalbleitermaterial wie Al _n In _] __ _n _ _m Ga _m As oder wie Al _n Ga _m In _] __ _n _ _m AskP _] __k, wobei jeweils 0 ^ n 1, 0 ^ m 1 und n + m < 1 sowie 0 -S k < 1 ist. Bevorzugt gilt dabei für zumindest eine Schicht oder für alle Schichten der

Halbleiterschichtenfolge 0 < n < 0,8, 0,4 < m < 1 und n + m < 0,95 sowie 0 < k < 0,5. Dabei kann die

Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche

Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also AI, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der

Halbleiterlaser zumindest ein diffraktives optisches Element, kurz DoE . Das oder die diffraktiven optischen Elemente sind zur Aufweitung und zu einer Verteilung der Laserstrahlung eingerichtet, insbesondere zur Verteilung der Laserstrahlung über einen größeren Raumwinkelbereich hinweg. Über das diffraktive optische Element ist erreichbar, dass der

Halbleiterlaser aufgrund der damit verbundenen Divergenz der Laserstrahlung für das menschliche Auge nicht besonders gefährlich ist, so dass der Halbleiterlaser ohne weitere Maßnahmen augensicher ist und die hierfür erforderlichen gesetzlichen Bestimmungen erfüllt. Alternativ zu einem diffraktiven optischen Element kann jeweils auch allgemein ein strahlaufweitendes optisches Element vorhanden sein. Bei dem strahlaufweitenden optischen Element handelt es sich etwa um ein Mikrolinsenfeld, englisch Micro Lens Array oder kurz MLA. Das Mikrolinsenfeld weist eine Vielzahl von Einzellinsen auf, die bevorzugt dicht angeordnet sind. Die erzeugte Laserstrahlung durchläuft einen Bereich der Lichtaustrittsfläche, der bevorzugt von

mindestens 10 oder 30 oder 100 der Mikrolinsen bedeckt ist. Alternativ oder zusätzlich kann das strahlaufweitende

optische Element eine Streuschicht, auch als Diffusor bezeichnet, aufweisen oder hieraus bestehen. Eine

Streuschicht umfasst insbesondere eine Aufrauung, an der die Laserstrahlung gestreut wird, und/oder Streupartikel in einem für die Laserstrahlung durchlässigen Matrixmaterial. Die nachfolgenden Ausführungen für das diffraktive optische

Element gelten gleichermaßen für das strahlaufweitende optische Element.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine optisch wirksame Struktur des diffraktiven optischen Elements aus einem Material mit einem hohen Brechungsindex gebildet.

Insbesondere liegt der Brechungsindex dieses Materials bei mindestens 1,65 oder 1,75 oder 1,8 oder 2,0 oder 2,2. Die genannten Werte für den Brechungsindex gelten bevorzugt bei einer Betriebstemperatur des Halbleiterlasers und bei einer Wellenlänge maximaler Intensität der im Betrieb erzeugten Laserstrahlung. Der Brechungsindex liegt ferner bevorzugt oberhalb dem von Epoxiden. Hochbrechende Epoxide erreichen etwa einen Wert von bis zu 1,6.

Bei der optisch wirksamen Struktur handelt es sich

insbesondere um eine gitterartige Struktur, die ähnlich wie ein Beugungsgitter und/oder ein Hologramm für die

Laserstrahlung wirkt. Über die optisch wirksame Struktur wird die Laserstrahlung aufgeweitet und verteilt, wobei die

Aufweitung und Verteilung bevorzugt maßgeblich oder

ausschließlich auf Lichtbeugung zurückgeht.

Die optisch wirksame Struktur ist beispielsweise aus einem 13-15-Verbindungshalbleitermaterial gefertigt. Ebenso können 12-16-Halbleiter wie ZnO, ZnS oder ZnTe oder Ga ₂ 0 ₃ , ln ₂ 0 ₃ verwendet werden. Weiterhin können anstelle von

einkristallinen Halbleiterschichten, über metallorganische Gasphasenabscheidung hergestellt, auch andere

Halbleiterschichten eingesetzt werden. Insbesondere sind etwa amorphe Schichten von Metalloxiden mit hohem Brechungsindex wie ZnO, Sn0 ₂ oder Ta ₂ Os für die optisch wirksame Struktur verwendbar.

Weitere Beispiele für Materialien für die optisch wirksame Struktur sind AI2O3, speziell als Saphir-Kristall, GaAs oder GaN, insbesondere, wenn die optisch wirksame Struktur in das Wachstumssubstrat des Lasers oder der

Halbleiterschichtenfolge geätzt wird. Soll die optisch wirksame Struktur aus einer auf die Laserscheibe

abgeschiedenen Schicht hergestellt werden, können auch Schichten von Dielektrika wie Aluminiumoxid oder Siliziumnitrid, jeweils nicht unbedingt genau stöchiometrisch zusammengesetzt und/oder meist amorph, praktikabel sein. In mindestens einer Ausführungsform umfasst der

Halbleiterlaser wenigstens einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip, der eine Halbleiterschichtenfolge mit mindestens einer aktiven Zone zur Erzeugung von

Laserstrahlung und eine Lichtaustrittsfläche, die senkrecht zu einer Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge orientiert ist, aufweist. Ferner beinhaltet der

Halbleiterlaser ein diffraktives optisches Element, das zur Aufweitung und Verteilung der Laserstrahlung eingerichtet ist, so dass der Halbleiterlaser bevorzugt augensicher ist. Eine optisch wirksame Struktur des diffraktiven optischen

Elements ist aus einem Material mit einem Brechungsindex von mindestens 1,65 oder 2,0, bezogen auf eine Wellenlänge maximaler Intensität der Laserstrahlung. In mindestens einer Ausführungsform umfasst der

Halbleiterlaser wenigstens einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserchip, der eine Halbleiterschichtenfolge mit mindestens einer aktiven Zone zur Erzeugung von

Laserstrahlung und eine Lichtaustrittsfläche, die senkrecht zu einer Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge orientiert ist, aufweist. Ferner beinhaltet der

Halbleiterlaser ein strahlaufweitendes optisches Element, das zur Aufweitung und Verteilung der Laserstrahlung eingerichtet ist, so dass der Halbleiterlaser augensicher ist. Eine optisch wirksame Struktur des strahlaufweitenden optischen Elements kann aus einem Material mit einem hohen

Brechungsindex sein. Bevorzugt umfasst die

Halbleiterschichtenfolge mindestens einen Bragg-Spiegel , der von zumindest einer elektrischen Durchkontaktierung

durchlaufen wird. Ein elektrischer Kontakt kann rings um die Lichtaustrittsfläche herum angebracht sein. Dieser Kontakt befindet sich bevorzugt zwischen dem strahlaufweitenden optischen Element und dem zugehörigen Bragg-Spiegel , den die Durchkontaktierung zum Anschließen dieses Kontakts

durchläuft .

Für viele Anwendungen ist es erforderlich, dass eine

Lichtquelle augensicher für das menschliche Auge ist. Bei

Halbleiterlasern sind hierzu zusätzliche Maßnahmen zu

treffen, insbesondere kann eine Aufweitung und Verteilung von

Laserstrahlung über diffraktive optische Elemente erfolgen.

Ist ein solches diffraktives optisches Element aus einem Material mit einem relativ niedrigen Brechungsindex gebildet, so kann der Augenschutz abhängig von den Umgebungsbedingungen eingeschränkt sein.

Beispielsweise im Falle einer Betauung oder

Kondenswasserbildung oder Feuchteniederschlag auf dem

diffraktiven optischen Element kann aufgrund des dann

reduzierten Brechungsindexunterschieds zwischen der Umgebung und der optischen wirksamen Struktur die strahlaufweitende Wirkung des diffraktiven optischen Elements verloren gehen. Bei dem hier beschriebenen Halbleiterlaser ist dieses Problem behoben, da selbst im Falle einer Betauung des diffraktiven optischen Elements ein hinreichend großer

Brechungsindexunterschied besteht, um die Augensicherheit über die Strahlformung durch das diffraktive optische Element zu gewährleisten.

Ferner ist es möglich, das hier beschriebene diffraktive optische Element über ein Verbindungsmittel an dem Halbleiterlaserchip zu befestigen. Dabei können als Klebstoff etwa organische Kunststoffe verwendet werden oder auch anorganische Materialien mit einem vergleichsweise niedrigen Brechungsindex wie Si0 ₂ . Solche Materialien können in die optisch wirksame Struktur eindringen und die etwa

gitterähnliche optisch wirksame Struktur auch ausfüllen, da aufgrund des immer noch vorhandenen, signifikanten

Brechungsindexunterschieds das diffraktive optische Element nach wie vor funktioniert.

Durch die Verwendung entsprechender Materialien ist es zudem möglich, dass das diffraktive optische Element über einen entsprechenden Fügungsprozess entweder auf Wafer-Ebene auf die noch nicht vereinzelten Halbleiterlaserchips aufgebracht wird oder bereits vereinzelten Halbleiterlaserchips gemeinsam oder in Gruppen zugeordnet wird. Durch die optisch wirksame Struktur mit dem hohen Brechungsindex sind solche Verfahren effizient ermöglicht. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Halbleiterlaser oberflächenmontierbar . Das heißt, der Halbleiterlaser ist bevorzugt mit bleifreien Lötprozessen oder auch

Klebeprozessen zur Oberflächenmontage, englisch Surface Mount Technology oder kurz SMT, geeignet. Der Halbleiterlaser kann insbesondere durchdringungsfrei mechanisch und/oder

elektrisch auf einem Montageträger wie einer Platine

angebracht werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich das diffraktive optische Element an der Lichtaustrittsfläche. Zwischen dem diffraktiven optischen Element und der

Lichtaustrittsfläche befindet sich bevorzugt lediglich ein Verbindungsmittel, über das das diffraktive optische Element mit dem Halbleiterlaserchip verbunden ist. Insbesondere befindet sich das Verbindungsmittel ganzflächig zwischen der Lichtaustrittsfläche und dem diffraktiven optischen Element. Somit ist es möglich, dass die gesamte Lichtaustrittsfläche von dem Verbindungsmittel und dem diffraktiven optischen

Element bedeckt ist. Das Verbindungsmittel ist in diesem Fall bevorzugt durchlässig, insbesondere transparent für die erzeugte Laserstrahlung. Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich die optisch wirksame Struktur des diffraktiven optischen Elements an einer dem Halbleiterlaser zugewandten Seite des

diffraktiven optischen Elements. Insbesondere steht die optisch wirksame Struktur stellenweise oder ganzflächig in direktem Kontakt mit dem Verbindungsmittel und/oder ist die optisch wirksame Struktur teilweise oder vollständig von dem Verbindungsmittel ausgefüllt und/oder planarisiert .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich das

Verbindungsmittel zwischen dem Halbleiterlaserchip und dem diffraktiven optischen Element lediglich an einem Rand des diffraktiven optischen Elements. Insbesondere ist die

Lichtaustrittsfläche frei oder überwiegend frei von dem

Verbindungsmittel. Zwischen der Lichtaustrittsfläche und dem diffraktiven optischen Element kann stellenweise oder

ganzflächig an der Lichtaustrittsfläche ein Spalt gebildet sein. Spalt bedeutet in diesem Zusammenhang etwa, dass kein Feststoff und keine Flüssigkeit vorhanden sind. Der Spalt kann mit einem oder mehreren Gasen gefüllt oder evakuiert sein. In diesem Fall kann das Verbindungsmittel auch

undurchlässig für die erzeugte Laserstrahlung sein und ist beispielsweise ein Metall oder eine Metalllegierung. Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich das diffraktive optische Element direkt an der

Lichtaustrittsfläche. Dies gilt bevorzugt ganzflächig über die gesamte Lichtaustrittsfläche hinweg. Dabei kann sich die optisch wirksame Struktur an einer der Lichtaustrittsfläche zugewandten Seite des diffraktiven optischen Elements oder auch an einer der Lichtaustrittsfläche abgewandten Seite des diffraktiven optischen Elements befinden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das diffraktive optische Element ein Trägersubstrat auf. Bei dem

Trägersubstrat handelt es sich beispielsweise um ein

Halbleitersubstrat etwa aus Galliumnitrid oder Galliumarsenid oder um ein transparentes Material wie Saphir oder

Siliciumcarbid . Bevorzugt ist das Trägersubstrat durchlässig für die im Betrieb erzeugte Laserstrahlung.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die optisch

wirksame Struktur in dem Trägersubstrat gebildet.

Beispielsweise kann das Trägersubstrat etwa

photolithographisch entsprechend strukturiert sein.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die optisch

wirksame Struktur aus einer Rohmaterialschicht gebildet, die auf dem Trägersubstrat aufgebracht ist. Mit anderen Worten wird in diesem Fall nicht das Trägersubstrat selbst, sondern die Rohmaterialschicht strukturiert, beispielsweise

photolithographisch oder über ein Nanoimprintverfahren . Gemäß zumindest einer Ausführungsform durchdringt die optisch wirksame Struktur das diffraktive optische Element nur zum Teil. Insbesondere bleiben das Trägersubstrat und/oder die Rohmaterialschicht als durchgehende, ununterbrochene Schicht erhalten. Mit anderen Worten reicht die optisch wirksame Struktur dann nur unvollständig durch das Trägersubstrat und/oder die Rohmaterialschicht hindurch. Alternativ ist es möglich, dass das diffraktive optische Element gänzlich von der optisch wirksamen Struktur durchdrungen ist, sodass die optisch wirksame Struktur durchgehende Löcher oder Öffnungen in dem diffraktiven optischen Element ausbildet.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die optisch wirksame Struktur ein oder mehrere Halbleitermaterialien auf oder besteht aus einem oder mehreren Halbleitermaterialien. Es ist möglich, dass die optisch wirksame Struktur aus dem gleichen oder aus anderen Halbleitermaterialien hergestellt ist wie die Halbleiterschichtenfolge des

Halbleiterlaserchips. Umfasst oder besteht die optisch wirksame Struktur aus zumindest einem Halbleitermaterial, so stellt das Trägersubstrat des diffraktiven optischen Elements bevorzugt ein Aufwachssubstrat für dieses Halbleitermaterial der optisch wirksamen Struktur dar.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der

Halbleiterlaserchip ein Aufwachssubstrat für die

Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge ist bevorzugt epitaktisch auf dem Aufwachssubstrat aufgewachsen und das Aufwachssubstrat ist in dem fertigen Halbleiterlaser bevorzugt noch vorhanden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das diffraktive optische Element in dem Aufwachssubstrat des

Halbleiterlaserchips geformt. Dabei befindet sich das

diffraktive optische Element, insbesondere dessen optisch wirksame Struktur, bevorzugt an einer der Halbleiterschichtenfolge mit der aktiven Zone abgewandten Seite des Aufwachssubstrats .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform bildet das diffraktive optische Element die Lichtaustrittsfläche des

Halbleiterlaserchips. Mit anderen Worten verlässt die

erzeugte Laserstrahlung den Halbleiterlaserchip an dem diffraktiven optischen Element, insbesondere an der optisch wirksamen Struktur.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind das diffraktive optische Element und der Halbleiterlaserchip einstückig ausgebildet. Dies bedeutet beispielsweise, dass sich zwischen dem Halbleiterlaserchip und dem diffraktiven optischen

Element keine Fügezone oder Verbindungsmittelschicht

befindet. Insbesondere weisen der Halbleiterlaserchip und das diffraktive optische Element eine gemeinsame Komponente auf, die speziell durch das Aufwachssubstrat der

Halbleiterschichtenfolge gebildet ist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der

Halbleiterlaserchip und ein Verbindungsmittel für das

diffraktive optische Element auf einem gemeinsamen

Montageträger angebracht. Dabei befindet sich das

Verbindungsmittel in Draufsicht auf die Lichtaustrittsfläche gesehen bevorzugt ausschließlich neben der

Halbleiterschichtenfolge und/oder neben dem

Halbleiterlaserchip und/oder neben der aktiven Zone.

Insbesondere berühren sich das Verbindungsmittel und der Halbleiterlaserchip nicht.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform steht das

Verbindungsmittel in direktem Kontakt mit dem Montageträger und/oder dem diffraktiven optischen Element. Dabei kann das Verbindungsmittel in die optisch wirksame Struktur des diffraktiven optischen Elements greifen und diese Struktur zum Teil ausfüllen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedeckt das diffraktive optische Element die Lichtaustrittsfläche und/oder die

Halbleiterschichtenfolge und/oder den Halbleiterlaserchip vollständig. Dies gilt insbesondere in Draufsicht gesehen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der

Halbleiterlaser mehrere der Halbleiterlaserchips auf. Die Halbleiterlaserchips können zueinander baugleich sein und Strahlung derselben Wellenlänge emittieren oder voneinander verschieden gestaltet sein.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der

Halbleiterlaserchip oder zumindest einer der

Halbleiterlaserchips mehrere Laserbereiche auf. In diesem Fall umfasst der Halbleiterlaser bevorzugt genau einen

Halbleiterlaserchip. Insbesondere im Fall von Lasern der Art von VCSEL, Vertical-Cavity Surface Emitting Laser, beinhaltet der Halbleiterlaserchip mehrere Laserbereiche, auch als

Einzellaser bezeichnet, die bevorzugt parallel zueinander ausgerichtet sind und/oder Resonatorachsen in Richtung parallel zur Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge aufzeigen. Die Einzellaser können einzelne VCSEL bilden, sodass der betreffende Halbleiterlaserchip ein VCSEL-Array darstellt. Über ein solches VCSEL-Feld kann eine ausreichende oder besonders hohe optische Ausgangsleistung erzielt werden. Die Einzellaser sind bevorzugt matrixartig in dem

Halbleiterlaserchip angeordnet und können bevorzugt parallel betrieben werden. Die Einzellaser können elektrisch parallel zueinander geschaltet sein und/oder nur gemeinsam betreibbar sein. Ebenso können die Einzellaser einzeln oder in Gruppen elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar sein. Es ist möglich, dass ein diffraktives optisches Element mehrere Halbleiterlaserchips und/oder mehrere Einzellaser gemeinsam überspannt und zu einem Bauteil zusammenfasst .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die

Halbleiterlaserchips des Halbleiterlasers gemeinsam und bevorzugt vollständig von dem diffraktiven optischen Element überdeckt. Insbesondere können alle Lichtaustrittsflächen der Halbleiterlaserchips jeweils vollständig von dem diffraktiven optischen Element abgedeckt sein. Dabei erstreckt sich das diffraktive optische Element bevorzugt zusammenhängend, einstückig und/oder lückenlos über alle Halbleiterlaserchips hinweg .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich das diffraktive optische Element nahe an dem Halbleiterlaserchip und/oder an der Lichtaustrittsfläche. Bevorzugt beträgt ein Abstand zwischen dem diffraktiven optischen Element und dem Halbleiterlaserchip höchstens ein 20-Faches oder 10-Faches oder 5-Faches und/oder mindestens ein 1-Faches oder 2-Faches oder 4-Faches der Wellenlänge maximaler Intensität der

Laserstrahlung. Alternativ oder zusätzlich liegt der Abstand zwischen dem Halbleiterlaserchip und dem diffraktiven

optischen Element bei höchstens 0,5 mm oder 0,2 mm oder

0,05 mm oder 20 μιη. Das heißt, zwischen dem diffraktiven optischen Element und dem Halbleiterlaserchip liegt keine oder keine signifikante räumliche Trennung vor. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das diffraktive optische Element und/oder der mindestens eine

Halbleiterlaserchip stellenweise oder ganzflächig unmittelbar von einem Vergussmaterial umschlossen. Das Vergussmaterial ist bevorzugt aus einem Kunststoff mit einem vergleichsweise niedrigen Brechungsindex gebildet, etwa einem Silikon oder einem Epoxid oder einem Acrylat oder einem Polycarbonat . Das Vergussmaterial ist bevorzugt transparent für die erzeugte LaserStrahlung .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform berührt das

Vergussmaterial die optisch wirksame Struktur. Das

Vergussmaterial kann die optisch wirksame Struktur lediglich an einem Rand berühren oder auch vollflächig über die gesamte Lichtaustrittsfläche hinweg.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die

Halbleiterschichtenfolge einen oder mehrere Bragg-Spiegel . Der mindestens eine Bragg-Spiegel ist zur Reflexion der

Laserstrahlung eingerichtet.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Bragg-Spiegel von mindestens einer elektrischen Durchkontaktierung

durchdrungen. Die Durchkontaktierung ist bevorzugt

metallisch. Insbesondere ist die Durchkontaktierung von dem Bragg-Spiegel, durch den sie hindurch verläuft, elektrisch isoliert .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform befinden sich

elektrische Anschlussflächen zum externen elektrischen

Kontaktieren des Halbleiterlasers an einer gemeinsamen Seite der aktiven Zone. Damit kann der Halbleiterlaser

oberflächenmontierbar sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist in dem mindestens einen Bragg-Spiegel oder mehreren der Bragg-Spiegel zumindest eine Stromeinengung erzeugt. Dadurch wird die aktive Zone im Betrieb nur in einem oder in mehreren Stromdurchlassbereichen der Stromeinengung bestromt. Die Stromeinengung liegt

bevorzugt innerhalb des zugehörigen Bragg-Spiegels und nicht an einem Rand des Bragg-Spiegels, entlang der

Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge gesehen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der

Halbleiterlaser zwei der Bragg-Spiegel. Diese liegen an verschiedenen Seiten der aktiven Zone. Dabei ist es möglich, dass jeder der Bragg-Spiegel von der oder einer der oder mehreren der Durchkontaktierungen durchdrungen ist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der

Halbleiterlaser einen Anodenkontakt und/oder einen

Kathodenkontakt. Die Kontakte sind bevorzugt metallische Kontakte. Über die Kontakte erfolgt bevorzugt eine

Stromeinprägung direkt in die Halbleiterschichtenfolge.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich der Anodenkontakt und/oder der Kathodenkontakt zwischen die

Halbleiterschichtenfolge und das diffraktive optische

Element. Damit kann die Lichtaustrittsfläche an einer dem diffraktiven optischen Element zugewandten Seite in

Draufsicht gesehen ringsum von einem Material des

Anodenkontakts und/oder des Kathodenkontakts umgeben sein. Hierbei sind der Anodenkontakt und/oder der Kathodenkontakt für die erzeugte Laserstrahlung undurchlässig und/oder metallisch . Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines

Halbleiterlasers angegeben. Mit dem Verfahren wird bevorzugt ein Halbleiterlaser hergestellt, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen angegeben. Merkmale des Verfahrens sind daher auch für den

Halbleiterlaser offenbart und umgekehrt.

In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge: - Bereitstellen des Halbleiterlaserchips, und

- Anbringen des diffraktiven optischen Elements an dem

Halbleiterlaserchip und/oder Formen des diffraktiven

optischen Elements in dem Halbleiterlaserchip. Bei dem hier beschriebenen Verfahren und dem hier

beschriebenen Halbleiterlaser kann eine kostenintensive und/oder materialintensive aktive Justage auf

Komponentenebene entfallen. Durch die Verwendung von

Halbleiterprozessen, insbesondere durch eine passive Justage auf Wafer-Ebene, kann zudem eine Kostenreduktion bei der Herstellung erfolgen. Beispielsweise ist es möglich, eine Erzeugung einer Komponente des Halbleiterlasers bereits auf Wafer-Ebene auf kundenspezifische Abstrahlcharakteristika abzustellen, etwa um eine kollimiertere Abstrahlung zur einfacheren Weiterverarbeitung auf Kundenseite zu

ermöglichen .

Weiterhin lassen sich Schichten oder Materialien mit hohem Brechungsindex meist mit den in der Halbleiterfertigung verfügbaren Prozessen effizient strukturieren. Insbesondere lassen sich diffraktive optische Elemente bereits auf Wafer- Ebene mit den Halbleiterlaserchips kombinieren. Dies erlaubt es wirtschaftlich, diffraktive optische Elemente und Halbleiterlaserchips präzise zueinander zu justieren, sofern dies benötigt wird. Dabei wird speziell ein

Bestückungsaufwand signifikant reduziert. Außerdem kann bereits ein Testen der Halbleiterlaser auf Wafer-Ebene erfolgen und schon auf Wafer-Ebene kann die Wirkung der diffraktiven optischen Elemente analysiert und überprüft werden .

Bei dem hier beschriebenen diffraktiven optischen Element, das innig mit dem Halbleiterlaserchip verbunden ist, entfällt ein nachträgliches Abdecken der Halbleiterlaserchips mit einem separaten diffraktiven optischen Element. Außerdem kann das diffraktive optische Element bei dem hier beschriebenen Halbleiterlaser als Schutzschicht für den Halbleiterlaserchip dienen. Wird das diffraktive optische Element beispielsweise auf den Halbleiterlaserchip aufgeklebt, so kann das

Trägersubstrat des diffraktiven optischen Elements bereits ausreichenden mechanischen Schutz für den Halbleiterlaser gewährleisten. Aufgrund des hohen Brechungsindexes der optisch wirksamen Struktur ist es außerdem möglich, dass sich die optisch wirksame Struktur an einer dem

Halbleiterlaserchip abgewandten Seite des diffraktiven optischen Elements befindet und dass das diffraktive optische Element mit einem Einhausungskunststoff überzogen wird, um einen zusätzlichen Schutz zu erreichen.

Nachfolgend werden ein hier beschriebener Halbleiterlaser und ein hier beschriebenes Verfahren unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine

maßstäblichen Bezüge dargestellt, viel mehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.

Es zeigen:

Figuren 1 bis 4, 15 und 16 schematische Schnittdarstellungen von Verfahrensschritten von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Verfahren, Figuren 5 bis 13, 14B und 17 schematische

Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Halbleiterlasern, und

Figur 14A eine schematische Draufsicht auf ein

Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen

Halbleiterlasers .

In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines

Herstellungsverfahrens für einen hier beschriebenen

oberflächenmontierbaren Halbleiterlaser 1 illustriert. Gemäß Figur 1A wird ein Trägersubstrat 32 für ein diffraktives optisches Element 3 bereitgestellt. Bei dem Trägersubstrat 32 handelt es sich beispielsweise um ein Saphirsubstrat. Auf dem Trägersubstrat 32 wird eine Trennschicht 34 erzeugt, etwa epitaktisch gewachsen. Die Trennschicht 34 ist

beispielsweise eine GaN-Schicht. Weiterhin wird auf der

Trennschicht 34 eine Rohmaterialschicht 35 abgeschieden, beispielsweise epitaktisch oder mittels Sputtern. Die

Rohmaterialschicht 35 ist beispielsweise aus Aluminiumnitrid.

Im Verfahrensschritt der Figur 1B wird in der

Rohmaterialschicht 35 eine optisch wirksame Struktur 33 gebildet. Die optisch wirksame Struktur 33 wird etwa über Lithographie und Ätzen erzeugt. Beispielsweise weist die optisch wirksame Struktur 33, in Figur 1 durch eine Schraffur symbolisiert, in Draufsicht gesehen eine gitterähnliche Form auf. Strukturgrößen der optisch wirksamen Struktur 33 liegen in Draufsicht gesehen beispielsweise im Bereich eines

Viertels oder einer halben Wellenlänge der im Betrieb des fertigen Halbleiterlasers 1 erzeugten Laserstrahlung L.

Gleiches kann für eine Dicke der optisch wirksamen Struktur 33 gelten, wobei die Dicke alternativ oder zusätzlich kleiner oder gleich 2 ym oder 1 ym ist. Die optisch wirksame Struktur 33 durchdringt die Rohmaterialschicht 35 nur zum Teil. Hier und im Folgenden ist die optisch wirksame Struktur 33 lediglich stark vereinfach veranschaulicht.

In Draufsicht weist die optisch wirksame Struktur 33

bevorzugt Strukturelemente mit einer mittleren Größe von mindestens 0,5 ym bis 1 ym auf. Eine Höhe der

Strukturelemente richtet sich nach dem geplanten

Brechungsindexunterschied zwischen der optisch wirksamen Struktur 33 und einer Umgebung und soll ausreichend groß sein, um über eine Phasenverschiebung den erforderlichen optischen Gangunterschied zu bewerkstelligen. Im Verfahrensschritt der Figur IC wird ein

Halbleiterlaserchip 4 bereitgestellt. Bei dem

Halbleiterlaserchip 4 handelt es sich um einen

oberflächenemittierenden Laser. Der Halbleiterlaserchip 4 weist ein Aufwachssubstrat 2 für eine

Halbleiterschichtenfolge 40 auf. Die Halbleiterschichtenfolge 40 weist eine Wachstumsrichtung G in Richtung weg von dem Aufwachssubstrat 2 auf. Ferner beinhaltet die

Halbleiterschichtenfolge 40 zumindest eine aktive Zone 41 zum Erzeugen der Laserstrahlung L. Eine Lichtaustrittsfläche 44 des Halbleiterlasers 4 ist durch die Halbleiterschichtenfolge 40 gebildet und ist senkrecht zur Wachstumsrichtung G

orientiert .

Bei dem Aufwachssubstrat 2 handelt es sich zum Beispiel um ein GaAs-Substrat . Die Halbleiterschichtenfolge 40 basiert insbesondere auf dem Materialsystem AlInGaAs. Abweichend von der Darstellung in Figur 1 ist es möglich, dass anstelle des Aufwachssubstrats 2 ein Ersatzsubstrat verwendet wird, auf dem die Halbleiterschichtenfolge 40 nach einem Wachsen aufgebracht wird. In diesem Fall ist das Aufwachssubstrat 2 entfernt . Im Verfahrensschritt der Figur 1D wird die Komponente aus Figur 1B auf den Halbleiterlaserchip 4 aus Figur IC

aufgebracht. Dies erfolgt über eine Schicht eines

Verbindungsmittels 5. Das für die Laserstrahlung L

durchlässige Verbindungsmittel 5 erstreckt sich ganzflächig und durchgehend zwischen den Halbleiterlaserchip 4 und der Komponente aus Figur IB. Das Verbindungsmittel 5 ist

beispielsweise ein organischer Klebstoff. Es ist möglich, dass das Verbindungsmittel 5 die optisch wirksame Struktur 33 aus dem hochbrechenden Material ausfüllt. Aufgrund des hohen Brechungsindexes der optisch wirksamen Struktur 33 bleibt ein ausreichend großer Brechungsindexunterschied zu dem

Verbindungsmittel 5 hin erhalten, so dass die optisch

wirksame Struktur 33 die gewünschte Wirkung erzielt. Gemäß Figur IE verbleibt lediglich die optisch wirksame

Struktur 33 an dem Halbleiterlaser 4. Dies erfolgt

insbesondere über ein Laserabhebeverfahren durch das

Trägersubstrat 32 hindurch. Insbesondere wird durch das Trägersubstrat 32 hindurch eine Laserstrahlung eingestrahlt, die die Trennschicht 34 zersetzt, so dass das Trägersubstrat 32 abhebbar ist. Alternativ oder zusätzlich zu einem

Laserabhebeverfahren kann auch ein Ätzen und/oder Schleifen und/oder Polieren erfolgen. Optional werden eventuelle Reste der Trennschicht 34 an der optisch wirksamen Struktur 33 entfernt. Die überzählige Rohmaterialschicht 35 wird optional ebenso vollständig entfernt. Die Trennschicht 34 dient letztlich dazu, das Trägersubstrat 32 mittels eines Abhebeverfahrens wie ein

Laserabhebeverfahren zu entfernen. Dazu kann die Trennschicht 34 wie erläutert eine Halbleiterschicht sein, jedoch ist dies nicht zwingend erforderlich. Zum Ablösen ist nur

erforderlich, dass die Trennschicht 34 mit einer Methode wie Laserzersetzen oder Ätzen teilweise oder vollständig

zersetzbar ist. Für die Trennschicht 34 kann damit auch ein Dielektrikum und/oder ein organisches Material wie

polymerisiertes Bisbenzocyclobuten, kurz BCB, zum Einsatz kommen.

Im Verfahrensschritt der Figur 1F ist gezeigt, dass die

Halbleiterschichtenfolge 40 stellenweise freigelegt wird, wobei das Verbindungsmittel 5 und die optisch wirksame

Struktur 33, die das diffraktive optische Element 3 bildet, stellenweise entfernt werden. In dem freigelegten Bereich der Halbleiterschichtenfolge 40 können elektrische Kontakte 91, 92, in Figur 1F nur stark vereinfacht illustriert, angebracht werden, um die aktive Zone 41 zu bestromen.

Alternativ zur Darstellung in Figur 1 kann das diffraktive optische Element 3 bereits vor dem Verfahrensschritt der Figur 1D, etwa beim Schritt der Figur 1B, die in Figur 1F gezeigte Aussparung für die elektrischen Kontakte 91, 92 aufweisen. Entsprechendes gilt für alle anderen

Ausführungsbeispiele . Beim Verfahren der Figur 2 wird zuerst ein

Halbleiterlaserchip 4 bereitgestellt, siehe Figur 2A.

Nachfolgend wird die Rohmaterialschicht 35 auf der

Lichtaustrittsfläche 44 abgeschieden, siehe Figur 2B. Die Rohmaterialschicht 35 ist beispielsweise aus abgeschiedenem amorphem Aluminiumoxid.

Daraufhin wird, siehe Figur 2C, die optisch wirksame Struktur 33 in der Rohmaterialschicht 35 erzeugt. Die optisch wirksame Struktur 33 reicht nicht bis zur Lichtaustrittsfläche 44. Alternativ, anders als in Figur 2C gezeigt, kann die optisch wirksame Struktur 33 auch bis zur Halbleiterschichtenfolge 40 reichen .

In Figur 2D ist gezeigt, dass die Halbleiterschichtenfolge 40 stellenweise freigelegt wird, um eine elektrische

Kontaktierung zu ermöglichen, analog zu Figur 1F.

In Figur 3A wird in einem weiteren beispielhaften

Herstellungsverfahren der Halbleiterlaserchip 4

bereitgestellt. Ferner wird die optisch wirksame Struktur 33 an dem Trägersubstrat 32 bereitgestellt. Die optisch wirksame Struktur 33 kann aus zwei Teilstrukturen 33a, 33b

zusammengesetzt sein, die in Figur 3 durch unterschiedliche Schraffuren symbolisiert sind. Eine solche optisch wirksame Struktur 33 mit mehreren Teilstrukturen kann auch in allen anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden. Dabei können mehr als zwei Teilstrukturen vorhanden sein. In Figur 3B ist gezeigt, dass die beiden Komponenten aus Figur 3A über das Verbindungsmittel 5 aneinander angebracht sind und dass ein Teil der Halbleiterschichtenfolge 40 zur elektrischen Kontaktierung freigelegt ist.

Anders als in den Figuren 1 und 2 weist das diffraktive optische Element 3 in dem fertigen Halbleiterlaser 1 der Figur 3 noch die verbleibende Rohmaterialschicht 35, die Trennschicht 34, die optional ist, und das Trägersubstrat 32 auf. Die Laserstrahlung L wird durch die Schicht mit dem

Verbindungsmittel 5, die optisch wirksame Struktur 33, die Rohmaterialschicht 35, die optionale Halbleiterschicht 34 sowie durch das Trägersubstrat 32 hindurch emittiert. Bei dem Trägersubstrat 32 handelt es sich bevorzugt um Saphir oder um Siliciumcarbid . Auch in allen anderen Ausführungsbeispielen ist es prinzipiell möglich, dass das Trägersubstrat 32 in dem fertigen Halbleiterlaser 1 noch vorhanden ist.

Beim Verfahren der Figur 4 wird die Rohmaterialschicht 35 direkt auf dem Trägersubstrat 32 erzeugt. Bei dem

Trägersubstrat 32 handelt es sich beispielsweise um GaAs, die Rohmaterialschicht 35 ist beispielsweise aus AIP.

Gemäß Figur 4B wird in der Rohmaterialschicht 35 die optisch wirksame Struktur 33 erzeugt.

In Figur 4C ist zu sehen, dass zur Planarisierung der optisch wirksamen Struktur 33 eine Planarisierungsschicht 37

aufgebracht wird. Die Planarisierungsschicht 37, 5a wird zur nachfolgenden Verbindung mit dem in Figur 4D bereitgestellten Halbleiterlaserchip 4 benötigt. Die beiden Schichten 5a, 5b an dem diffraktiven optischen Element 3 sowie an dem

Halbleiterlaserchip 4 sind etwa aus S1O ₂ und werden beispielsweise chemomechanisch poliert, bevor bevorzugt ein Ansprengen erfolgt, siehe Figur 4E. Damit bilden die

Schichten 5a, 5b zusammen die Verbindungsmittelschicht 5 aus. Optional, siehe Figur 4F, wird das Trägersubstrat 32

entfernt. Wie auch in Figur 1F wird die

Halbleiterschichtenfolge 40 stellenweise zur elektrischen Kontaktierung freigelegt. Gemäß Figur 4 wird also insbesondere eine AIP-Schicht direkt auf dem GaAs-Substrat strukturiert, nachfolgend eingeebnet und über einen Prozess wie Direct Bonding mit dem

Halbleiterlaserchip 4 verbunden. Als Material für das

Verbindungsmittel 5 können wie auch in allen anderen

Ausführungsbeispielen etwa flussfähige Oxide, englisch flowable oxids oder kurz FOX, verwendet werden. Ebenso können organische Materialien wie vernetzte Dibenzocyklobuthen- Schichten Verwendung finden. In den Figuren 1 bis 4 ist das Aufbringen je nur eines diffraktiven optischen Elements 3 auf nur einen

Halbleiterlaserchip 4 illustriert. Abweichend davon kann in den Figuren 1 bis 4 je auch ein Wafer-zu-Wafer-Prozess verwendet werden, um eine Vielzahl von diffraktiven optischen Elementen 3 gleichzeitig auf eine Vielzahl von

Halbleiterlaserchips 4 aufzubringen. Die jeweiligen Verfahren der Figuren 1 bis 4 sind also sowohl in einem Wafer-zu-Wafer- Prozess als auch in einem Chip-zu-Wafer-Prozess oder in einem Chip-zu-Chip-Prozess durchführbar. Hierbei ist ein Wafer-zu- Wafer-Prozess aus Effizienzgründen bevorzugt.

Weiterhin, anders als in Figur 4 dargestellt, ist es möglich, dass analog zu Figur 1 anstelle des Direct Bondings ein Klebstoff verwendet wird, um die beiden Komponenten aus den Figuren 4C und 4D miteinander zu verbinden. In diesem Fall ist die Schicht mit dem Verbindungsmittel 5 bevorzugt durch eine einzige Schicht realisiert. Kleben oder Ansprengen oder Direct Bonding können auch in allen anderen

Ausführungsbeispielen als alternative Methoden des Verbindens der beiden Komponenten miteinander verwendet werden.

Als weitere Alternative zum Verfahren der Figur 4 ist es möglich, dass die Rohmaterialschicht 35 an dem Trägersubstrat 32 zuerst an dem Halbleiterlaserchip 4 angebracht wird, siehe Figur 4G, und dass erst nach dem Ablösen des Trägersubstrats 32 die optisch wirksame Struktur 33 erzeugt wird, siehe Figur 4H. Da das Erzeugen der optisch wirksamen Struktur 33 erst an dem Halbleiterchip 4 erfolgt, ist nur eine vergleichsweise grobe Vorjustage der Komponente aus Figur 4G relativ zum Halbleiterlaser 4 nötig.

Im Ausführungsbeispiel der Figur 5 ist gezeigt, dass mehrere der Halbleiterlaserchips 4 vorhanden sind. Das diffraktive optische Element 3 erstreckt sich einstückig und gemeinsam über die Halbleiterlaserchips 4 hinweg. Beispielsweise werden das diffraktive optische Element 3 sowie die

Halbleiterlaserchips 4 über Waferbonden noch im Waferverbund miteinander kontaktiert, so dass ein Fügebereich 39 gebildet wird. Dabei befindet sich das diffraktive optische Element 3 an einer der Halbleiterschichtenfolge 40 abgewandten Seite des Aufwachssubstrats 2. Seitlich neben der

Halbleiterschichtenfolge 40 mit der aktiven Zone 41 befinden sich die elektrischen Kontakte 91, 92. Optional kann ein nicht gezeichnetes Vereinzeln zu separaten Halbleiterlasern 1 mit je einem oder mehreren Halbleiterlaserchips 4

durchgeführt werden. Optional ist an einer der Halbleiterschichtenfolge 40 abgewandten Seite des diffraktiven optischen Elements 3 die Planarisierungsschicht 37 vorhanden, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen möglich, bei denen sich die optisch wirksame Struktur 33 an einer Außenseite befindet.

In den Figuren 6 und 7 ist illustriert, dass die optisch wirksame Struktur 33 direkt in dem Aufwachssubstrat 2 gebildet ist. Gemäß Figur 6 sind die elektrischen Kontakte 91, 92 so gestaltet, dass sie zum Teil innerhalb der

Halbleiterschichtenfolge 40 verlaufen, wobei einer der

Kontakte 92 die Ebene mit der aktiven Zone 41 durchdringt. Wie in allen anderen Ausführungsbeispielen ist es möglich, dass sich zwischen dem Bereich mit der aktiven Zone 41 und dem Aufwachssubstrat 2 ein Bragg-Spiegel 46 befindet.

Optional ist wiederum die Planarisierungsschicht 37

vorhanden . Der Brechungsindex von Siliziumnitrid wird oftmals oberhalb von 2 taxiert. Bei plasmaunterstützter chemischer

Dampfphasenabscheidung können Si : H-Schichten mit niedrigerem Brechungsindex erzeugt werden, zum Beispiel bei 633 nm ungefähr 1,85. Die optisch wirksame Struktur 33 der Figur 6 ist insbesondere aus SiN:H oder auch aus Saphir.

In Figur 7 sind das Aufwachssubstrat 2 und das diffraktive optische Element 3 monolithisch integriert, anstatt separate diffraktive optische Elemente zu verwenden, wie etwa in Verbindung mit den Figuren 1, 3, 4 oder 5 illustriert.

In Figur 8 ist illustriert, dass sich die elektrischen

Kontakte 91, 92 an unterschiedlichen Seiten des Aufwachssubstrats 2 befinden. Eine entsprechende Gestaltung kann auch in allen anderen Ausführungsbeispielen Verwendung finden . In Figur 9 ist gezeigt, dass das diffraktive optische Element 3 an der Seite mit der Halbleiterschichtenfolge 40

aufgebracht ist. Dabei ist es möglich, dass das diffraktive optische Element 3 die jeweils zugeordnete

Halbleiterschichtenfolge 40 lateral, also in Richtung

senkrecht zur Wachstumsrichtung G, überragt oder anders als gezeichnet bündig mit der Halbleiterschichtenfolge 40 abschließt. Weiterhin ist es möglich, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, dass einer der elektrischen Kontakte 92 flächig aufgebracht ist.

Beim Ausführungsbeispiel der Figur 10 ist zusätzlich ein Vergussmaterial 7 vorhanden. Dabei ist das diffraktive optische Element 3 primär über das Verbindungsmittel 5, beispielsweise ein Kleber oder ein flussfähiges Oxid, befestigt. Das Vergussmaterial 7 reicht stellenweise bis an eine dem Halbleiterlaserchip 4 zugewandte Seite des

diffraktiven optischen Elements 3 und steht stellenweise in direktem Kontakt mit der optisch wirksamen Struktur 33. Demgegenüber ist gemäß Figur 10B das diffraktive optische Element 3 über das Vergussmaterial 7, das gleichzeitig das Verbindungsmittel 5 darstellt, befestigt. Über das

Vergussmaterial 7 ist der Halbleiterlaser 1 gegen äußere Einflüsse schützbar. Aufgrund des hohen Brechungsindexes der optisch wirksamen Struktur 33 ist es unschädlich, wenn das Vergussmaterial 7 die optisch wirksame Struktur 33 bedeckt und/oder ausfüllt. In den Figuren 10A und 10B weist die optisch wirksame

Struktur 33 zu dem Halbleiterlaserchip 4 hin oder von dem Halbleiterlaserchip 4 weg. Beide Anordnungsmöglichkeiten der optisch wirksamen Struktur 33 sind in analoger Weise

verwendbar.

In Figur IIA ist gezeigt, dass das Verbindungsmittel 5 rahmenförmig auf der Lichtaustrittsfläche 44 aufgebracht ist, wobei ein Bereich direkt oberhalb der zur Erzeugung der

Laserstrahlung eingerichteten aktiven Zone 41 bevorzugt frei von dem Verbindungsmittel 5 ist. Beispielsweise handelt es sich bei dem Verbindungsmittel 5 um eine Metallschicht, so dass ein Fügen des diffraktiven optischen Elements 3 an den Halbleiterlaserchip 4 beispielsweise durch Löten, etwa eutektisch, quasi-eutektisch oder isotherm erstarrend, erfolgt. Das Verbindungsmittel 5 kann aus mehreren

Teilschichten zusammengesetzt sein.

In Figur IIA greift dabei das Verbindungsmittel 5

stellenweise in die optisch wirksame Struktur 33 ein.

Demgegenüber ist gemäß Figur IIB die optisch wirksame

Struktur 33 auf einen Bereich oberhalb der aktiven Zone 41 begrenzt. Damit ist das Verbindungsmittel 5 von der optischen wirksamen Struktur 33 beabstandet.

In Figur IIA wie auch in Figur IIB befindet sich zwischen dem diffraktiven optischen Element 3 und dem Halbleiterlaserchip 4 ein Spalt 6. Der Spalt 6 ist vergleichsweise dünn und beispielsweise mit Luft gefüllt.

Gemäß Figur 11 erfolgt eine vergleichsweise genaue Justage, um eine exakte Abstimmung des diffraktiven optischen Elements 3 auf das Verbindungsmittel 5, das insbesondere als Metallrahmen gestaltet ist, zu erzielen.

In Figur 12 ist dargestellt, dass das Verbindungsmittel 5 von der Halbleiterschichtenfolge 40 beabstandet ist. Das

Verbindungsmittel 5, beispielsweise Metallpodeste, steht in direktem Kontakt mit dem Aufwachssubstrat 2 und mit dem diffraktiven optischen Element 3. Demgegenüber, siehe Figur 12B, ist das Verbindungsmittel 5 auf einem Montageträger 8 angebracht und steht nicht in direktem Kontakt mit dem Halbleiterlaserchip 4. Das

diffraktive optische Element 3 überdeckt den

Halbleiterlaserchip 4 vollständig. Zwischen dem

Verbindungsmittel 5, dem Halbleiterlaserchip 4, sowie

zwischen dem Halbleiterlaserchip 4 und dem diffraktiven optischen Element 3 ist je ein Spalt 6 gebildet.

Gemäß Figur 13A sind mehrere der Halbleiterlaserchips 4 auf den Montageträger 8 angebracht. Die Halbleiterlaserchips 4 sind gemeinsam von dem einstückigen, zusammenhängenden diffraktiven optischen Element 3 abgedeckt. Dabei kann das diffraktive optische Element 3 die Halbleiterlaserchips 4 seitlich überragen.

Demgegenüber bildet gemäß Figur 13B das diffraktive optische Element 3 selbst einen Träger für die Halbleiterlaserchips 4. Hierzu kann das diffraktive optische Element 3 mit

elektrischen Kontaktstrukturen, nicht gezeichnet, versehen sein.

Gemäß Figur 13 weist der Halbleiterlaser 1 mehrere der

Halbleiterlaserchips 4 auf, wie dies auch in allen anderen Ausführungsbeispielen der Fall sein kann. Genauso ist es in den Ausführungsbeispielen jeweils möglich, dass nur ein oder auch mehrere Halbleiterlaserchips 4 vorhanden sind, die mehrere Laserbereiche oder Einzellaser 47 aufweisen können, zum Beispiel ein Feld aus oberflächenemittierenden

Vertikalresonatorlasern, auch als VCSEL-Array bezeichnet, siehe die Draufsicht in Figur 14A und die Schnittdarstellung in Figur 14B. Die Einzellaser 47, die in Draufsicht

beispielsweise in einem hexagonalen oder rechteckigen oder quadratischen Muster angeordnet sind, können dabei einzeln ansteuerbar sein oder auch nur alle gemeinsam betreibbar sein .

Beim Herstellungsverfahren der Figur 15 wird der

Halbleiterlaser 1 als Flip-Chip auf einem transparenten

Trägersubstrat 32, etwa aus Glas, BF33 oder Saphir,

hergestellt. Auf das Trägersubstrat 32 ist ein planares diffraktives optisches Element 3 aufgebracht. Gemäß Figur 15A wird auf dem Aufwachssubstrat 2, zum Beispiel aus GaAs, die Halbleiterschichtenfolge 40 epitaktisch

aufgewachsen. Die Halbleiterschichtenfolge 40 umfasst vom Aufwachssubstrat 2 her einen ersten Bragg-Spiegel 46a, den Bereich mit der aktiven Zone 41 sowie einen zweiten Bragg- Spiegel 46b. Beide Bragg-Spiegel 46a, 46b sind bevorzugt elektrisch leitend und umfassen sich abwechselnde Schichten mit hohem und niedrigem Brechungsindex.

In Figur 15B ist gezeigt, dass auf den zweiten Bragg-Spiegel 46b eine Bondschicht 93 und der Anodenkontakt 91 erzeugt werden. Die Bondschicht 93 ist zum Beispiel aus S1O2 und der Anodenkontakt 91 ist bevorzugt aus einer oder mehreren

Metallschichten. In Richtung weg von dem zweiten Bragg- Spiegel 46a schließen der Anodenkontakt 91 und die Bondschicht 93 bevorzugt bündig miteinander ab.

Im Schritt der Figur 15C wird mittels Waferbonden auf die Bondschicht 93 das transparente Trägersubstrat 32

aufgebracht. In diesem Schritt kann sich die optisch wirksame Struktur 33 bereits an dem Trägersubstrat 32 befinden oder die optisch wirksame Struktur 33 wird erst später an das Trägersubstrat 32 angebracht.

Das Waferbonden ist zum Beispiel ein Direktbonden mit S1O2 auf S1O2. Die optisch wirksame Struktur 33 kann insbesondere nach dem Entfernen des Aufwachssubstrats 2 und nach dem

Waferbonden lithographisch aufgebracht werden, wodurch sich eine hohe Genauigkeit erzielen lässt. Bevorzugt wird auf die optisch wirksame Struktur 33 die Planarisierungsschicht 37 aufgebracht, sodass die optisch wirksame Struktur 33

vergraben ist und nach außen hin nicht frei liegt. In Figur 15D wird der erste Bragg-Spiegel 46a teilweise entfernt, sodass der Bereich der Halbleiterschichtenfolge 40 mit der aktiven Zone 41 freigelegt wird. Bevorzugt wird ferner etwa mittels Oxidation eine Stromeinengung 48 erzeugt. Somit wird die aktive Zone 41 nur im Bereich der

Stromeinengung 48 bestromt, da die Halbleiterschichtenfolge 40 im Bereich der aktiven Zone 41 nur eine geringe

elektrische Leitfähigkeit in Richtung parallel zur aktiven Zone 41 aufweist. Schließlich wird, wie in Figur 15E gezeigt, ein Füllmaterial 94 aufgebracht, in das der erste Bragg-Spiegel 46a

eingebettet wird. Das Füllmaterial 94 ist elektrisch isolierend und zum Beispiel ein Spin on-Glas oder ein

organisches Material wie Benzocyclobuten, kurz BCB .

Nachfolgend wird eine bevorzugt metallische

Durchkontaktierung 95 durch das Füllmaterial 94 und durch den zweiten Bragg-Spiegel 46b hindurch erzeugt. Mit der

Durchkontaktierung 95 wird der Bereich des Anodenkontakts 91 an der Bondschicht 93 elektrisch angeschlossen. Ebenso wird der erste Bragg-Spiegel 46a elektrisch über eine

Metallisierung kontaktiert. Diese Kontaktierung des ersten Bragg-Spiegels 46a ist bevorzugt reflektierend für die im Betrieb erzeugte Laserstrahlung. Damit ist der erste Bragg- Spiegel 46a zusammen mit dieser Kontaktierung ein Metall- Bragg-Hybridspiegel . Hierdurch kann der erste Bragg-Spiegel 46a weniger Schichtpaare aufweisen, zum Beispiel höchstens 12 Schichtpaare oder höchstens 6 Schichtpaare.

Abschließend werden elektrische Anschlussflächen für die beiden Kontakte 91, 92 hergestellt. Die Anschlussflächen können das Füllmaterial 94 großflächig bedecken. Die

Anschlussflächen liegen in einer gemeinsamen Ebene, sodass der Halbleiterlaser 1 ein SMT-Bauteil und damit

oberflächenkontaktierbar ist. Der Verfahrensschritt der Figur 16A erfolgt analog zum

Schritt der Figur 15A.

Abweichend von Figur 15B wird jedoch in Figur 16B der zweite Bragg-Spiegel 46b strukturiert, sodass der Bereich der

Halbleiterschichtenfolge 40 mit der aktiven Zone 41 von einer dem Aufwachssubstrat 2 abgewandten Seite her freigelegt wird. Außerdem wird die Stromeinengung 48 im zweiten Bragg-Spiegel 46b erstellt. Daraufhin wird optional das Füllmaterial 94 flächig

aufgebracht. Nachfolgend werden der Anodenkontakt 91 und die Bondschicht 93 erzeugt und es wird das diffraktive optische Element 3 angebracht, analog zu den Figuren 15B und 15C.

Schließlich wird das Aufwachssubstrat 2 entfernt, siehe Figur 16D. Gemäß Figur 16E wird die Durchkontaktierung 95 durch den ersten Bragg-Spiegel 46a und durch das Füllmaterial 94 zum Anodenkontakt 91 an der Bondschicht 93 hin geführt. Dazu kann ein weiteres Füllmaterial 94 zur elektrischen Isolierung der Durchkontaktierung 95 vom ersten Bragg-Spiegel 46a verwendet werden.

Abschließend werden die Anschlussflächen für die Kontakte 91, 92 erzeugt. Dies erfolgt bevorzugt in der gleichen Weise, wie voranstehend in Verbindung mit Figur 15E erläutert.

Die Verfahren der Figuren 15 und 16 unterscheiden sich damit vor allem in der Lage der Stromeinengung 48. Folglich wird entweder nur der erste oder nur der zweite Bragg-Spiegel 46a, 46b von der Durchkontaktierung 95 durchdrungen.

Demgegenüber ist beim Ausführungsbeispiel der Figur 17 die Durchkontaktierung 95 durch beide Bragg-Spiegel 46a, 46b geführt. Dabei liegt bevorzugt in beiden Bragg-Spiegeln 46a, 46b je eine der Stromeinengungen 48 vor. Dazu erfolgt eine Strukturierung beider Bragg-Spiegel 46a, 46b. Lediglich der Bereich der Halbleiterschichtenfolge 40 mit der aktiven Zone 41 bleibt, bis auf das Gebiet mit der Durchkontaktierung 95, ganzflächig erhalten. Mit anderen Worten stellt das Ausführungsbeispiel der Figur 17 eine Kombination der

Verfahren der Figuren 15 und 16 dar.

Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen können der Anodenkontakt 91 und der Kathodenkontakt 92 hinsichtlich der elektrischen Polarität miteinander vertauscht werden.

Mit dem diffraktiven optischen Element bei den hier

beschriebenen Halbleiterlasern 1 lässt sich eine höhere

Integrationsdichte erreichen. Auch ist eine Kostenreduktion durch eine Wafer-Level-Integration von VCSEL 4 und Optik 3 erreichbar. Es können passgenaue Optiken angebracht werden, wobei inhärent augensichere Bauteile erzielt werden. Es lassen sich Flip-Chips mit guter thermischer Anbindung erreichen. Insgesamt ist somit eine hohe Justagegenauigkeit zwischen dem VCSEL-Chip 4 und der Optik 3 durch die Wafer- Level-Justage möglich, bei gleichzeitiger Kostenreduktion.

Ferner eignet sich der Verbund aus dem VCSEL-Chip 4 und der Optik 3 zur Weiterverarbeitung, zum Beispiel mit einem

Verguss und/oder zur Einbettung in andere Materialien. Dies gilt insbesondere bei einer planar integrierten optisch wirksamen Struktur 33 innerhalb des Trägersubstrats 32. Die in den Figuren gezeigten Komponenten folgen, sofern nicht anders kenntlich gemacht, bevorzugt in der angegebenen

Reihenfolge jeweils unmittelbar aufeinander. Sich in den Figuren nicht berührende Schichten sind voneinander

beabstandet. Soweit Linien parallel zueinander gezeichnet sind, sind die entsprechenden Flächen ebenso parallel zueinander ausgerichtet. Ebenfalls soweit nicht anders kenntlich gemacht, sind die relativen Dickenverhältnisse, Längenverhältnisse und Positionen der gezeichneten Komponenten zueinander in den Figuren korrekt wiedergegeben.

Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die

Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt.

Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist .

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2017 100 997.3, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Bezugs zeichenliste

1 Halbleiterlaser

2 AufwachsSubstrat

3 diffraktives optisches Element

32 Trägersubstrat

33 optisch wirksame Struktur

34 Halbleiterschicht

35 RohmaterialSchicht

37 Planarisierungsschicht

39 Fügebereich

4 Halbleiterlaserchip

40 Halbleiterschichtenfolge

41 aktive Zone

44 Lichtaustrittsfläche

46 Bragg-Spiegel

47 Einzellaser

48 Stromeinengung

5 Verbindungsmittel

6 Spalt

7 Vergussmaterial

8 Montageträger

91 Anodenkontakt

92 Kathodenkontakt

93 Bondschicht

94 Füllmaterial

95 Durchkontaktierung

G Wachstumsrichtung

L LaserStrahlung