DE10040450B4

DE10040450B4 - Halbleiterlaserbauelement mit einem Kühlelement

Info

Publication number: DE10040450B4
Application number: DE10040450A
Authority: DE
Inventors: Stefan GRÖTSCH; Bruno Acklin
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2000-08-18
Filing date: 2000-08-18
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2020-08-19
Also published as: US20030211708A1; DE10040450A1; JP2002124729A; US6835603B2

Abstract

Halbleiterlaserbauelement,
dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterlaserbauelement in einem Verfahren mit den Schritten
a) Bereitstellen eines Kühlelements mit einem elektrisch isolierenden, plattenförmigen Träger (1) mit einer ersten Hauptfläche und einer zweiten Hauptfläche, wobei die erste Hauptfläche mit einer Metallschicht bedeckt ist,
b) Strukturieren der Metallschicht in eine Mehrzahl von metallischen Flächen (2) derart, daß die metallischen Flächen eine Montageplattform für eine Mehrzahl von Halbleiterlaserdioden bilden,
c) Aufbringen einer Mehrzahl von Laserdioden-Halbleiterkörpern (11) und einer Mehrzahl von optischen Elementen, die den Laserdioden-Halbleiterkörpern zugeordnet sind, wobei jeweils ein Laserdioden-Halbleiterkörper (11) auf einer metallischen Fläche (2) angeordnet ist,
und
d) Zerteilen des Kühlelements in die Mehrzahl von Halbleiterlaserbauelementen hergestellt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterlaserbauelement mit einem Kühlelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Herstellungsverfahren hierfür.
Bei Halbleiterbauelementen wird im stationären Betrieb die durch Verlustleistung erzeugte Wärmemenge kontinuierlich an die Umgebung abgegeben, um eine Aufheizung des Halbleiterkörpers zu vermeiden. Halbleiter mit sehr hoher Verlustleistung wie beispielsweise Laserdioden benötigen hierfür sehr effiziente Kühlvorrichtungen, die einen ausreichenden Transport der anfallenden Verlustwärme vom Halbleiterkörper in die Umgebung gewährleisten. Dieser Wärmetransport ist erforderlich, um die Temperatur des Halbleiterkörpers so niedrig zu halten, daß im Betrieb keine Schädigung oder Degradation des Halbleiterkörpers erfolgt. Daher werden Leistungshalbleiter zum Teil bereits bei der Herstellung auf einen geeigneten Kühlkörper aufgebracht. Dies ist den einschlägigen Datenblättern der Bauelemente zu entnehmen (beispielsweise Datenblatt zur Laserdiode SPL CGxx, xx = 81, 85, 94 oder 98, Osram Opto Semiconductors, 01.01.2000). Ein Diodenlaserbauelement, bestehend aus einem Laserbarren und einer Wärmesenke, welche aus einem mit einem dielektrischen Substrat flächig verbundenen Träger besteht, ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 198 21 544 A1 bekannt.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Metall-Keramik-Substrats, bei dem wenigstens eine Oberflächenseite einer Keramikschicht mit einer strukturierten Metallschicht versehen ist, ist in der Offenlegungsschrift DE 198 27 414 A1 beschrieben. Dabei weist die Keramikschicht eine Einkerbung auf, welche eine Sollbruchlinie bildet.
Auch in der Offenlegungsschrift DE 43 19 944 A1 ist ein Mehrfach-Substrat mit einer Keramikschicht und einer darauf aufgebrachten Metallisierung sowie ein Herstellungsverfahren hierfür angegeben.
Bei einem üblichen Herstellungsverfahren für Halbleiterlaserbauelemente werden die Laserdioden-Halbleiterkörper vereinzelt und danach auf einen metallischen Kühlkörper aufgelötet und kontaktiert. Dieses Verfahren besitzt den Nachteil, daß dabei sowohl die einzelnen Kühlkörper wie auch die einzelnen Laserdioden-Halbleiterkörper der Bestückungsvorrichtung zugeführt und zueinander positioniert werden müssen.
Ferner ist erst am Ende dieses Herstellungsverfahrens ein Test der Bauelemente möglich, da für viele Testverfahren zum Zeitpunkt der Durchführung das Bauelement bereits ausreichend gekühlt sein muß.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Halbleiterlaserbauelement mit einem Kühlelement anzugeben, wobei das Kühlelement eine kostengünstige und einfache Montage des Laserdioden-Halbleiterkörpers erlaubt. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein kostengünstiges und einfaches Herstellungsverfahren für Halbleiterlaserbauelemente mit einem Kühlelement anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Halbleiterlaserbauelement nach Patentanspruch 1 sowie ein Herstellungsverfahren nach Patentanspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 14 und 16 bis 37.
Erfindungsgemäß ist das Halbleiterlaserbauelement in einem Verfahren hergestellt, bei dem ein Kühlelement mit einem elektrisch isolierenden, plattenförmigen Trägers (sogenannter Nutzen) bereitgestellt wird. Der Träger weist eine erste Hauptfläche und eine zweite Hauptfläche auf, wobei die erste Hauptfläche mit einer Metallschicht bedeckt ist. Die Metallschicht wird derart in eine Mehrzahl von metallischen Flächen strukturiert, daß die metallischen Flächen eine Montageplattform für eine Mehrzahl von Halbleiterlaserdioden bilden. Daraufhin wird eine Mehrzahl von Laserdioden-Halbleiterkörpern und eine Mehrzahl von optischen Elementen, die den Laserdioden-Halbleiterkörpern zugeordnet sind, insbesondere auf dem Kühlelement, aufgebracht, wobei jeweils ein Laserdioden-Halbleiterkörper auf einer metallischen Fläche angeordnet wird. Durch Zerteilen des Kühlelements ergibt sich die Mehrzahl von Halbleiterlaserbauelementen.
Mit großem Vorteil können bei der Herstellung der einzelnen Halbleiterlaserbauelemente die einzelnen Laserdioden-Halbleiterkörper vor der Vereinzelung auf dem Kühlelement montiert sein. Dies vereinfacht die Montage, da zur Aufbringung einer Mehrzahl von Laserdioden-Halbleiterkörpern das Kühlelement nur einmal positioniert werden muß. Weiterhin wird die Positionierung der Laserdioden-Halbleiterkörper erleichtert, da das Kühlelement im Gegensatz zu bereits vereinzelten Kühlelementen eine sehr genau definierte Montageplattform darstellt.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Bereiche zur Aufnahme der Laserdioden-Halbleiterkörper matrixartig angeordnet. Dies ist besonders vorteilhaft beim Einsatz von Bestückungsautomaten, um die Positionierungszeiten gering zu halten.
Die metallischen Flächen ermöglichen, die Laserdioden-Halbleiterkörper durch Lötverbindungen mit dem Kühlelement zu verbinden, die zugleich eine sehr gute elektrische und thermische Leitfähigkeit aufweisen. Weiterhin bewirken die metallischen Flächen aufgrund ihrer hohen thermischen Leitfähigkeit eine gleichmäßige Wärmeverteilung in dem darunterliegenden Träger, so daß ein effizienter Wärmetransport ermöglicht wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind auf den metallischen Flächen Anschlußflächen ausgebildet, auf die die Laserdioden-Halbleiterkörper aufgebracht werden (Chipanschlußflächen). Vorzugsweise sind diese Anschlußflächen mit einem elektrisch und thermisch leitenden Haftmittel wie beispielsweise einem Lot bedeckt. Dies erlaubt den Einsatz der Erfindung in Bestückungsautomaten und dabei die automatische Herstellung zuverlässiger Lötverbindungen.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, auf dem Träger des Kühlelements Leiterbahnstrukturen auszubilden. Dabei dienen Teilbereiche der Leiterbahnstrukturen als Anschlußflächen für Drahtverbindungen, die die Laserdioden-Halbleiterkörper elektrisch kontaktieren (Drahtanschlußflächen). Mit großem Vorteil ist es möglich, mit Hilfe der Leiterbahnen die Laserdioden-Halbleiterkörper elektrisch anzusteuern und so vor der Vereinzelung auf ihre Funktionsfähigkeit hin zu testen. Dagegen können Halbleiterlaserbauelemente nach dem Stand der Technik erst nach der Vereinzelung getestet werden, da die Montage des Kühlkörpers erst nach der Vereinzelung erfolgt und für viele Testverfahren eine ausreichende Kühlung des Bauelements erforderlich ist.
Der Vorteil eines Tests vor der Vereinzelung liegt darin, daß für eine Mehrzahl von Halbleiterlaserbauelementen die Testapparatur nur einmal mit dem Leiterbahnsystem verbunden werden muß und dadurch die Testzeiten reduziert werden. Ein besonderer Vorteil ergibt sich daraus, daß mehrere Bauelemente gleichzeitig getestet werden können. Je nach Ausführung der Leiterbahnen auf dem Kühlelement ist es dabei möglich, Einzeltests, Gruppentests oder einen gleichzeitigen Test aller montierten Laserdioden-Halbleiterkörper durchzuführen. Diese Testmöglichkeiten sind besonders vorteilhaft aufgrund ihrer Flexibilität und der Zeitersparnis bei gleichzeitiger Durchführung. Unter Testverfahren sind hierbei Funktionstests, Alterungs- und Lebensdauertests sowie insbesondere Formierzyklen (Burn In), die teilweise unter Vollast durchgeführt werden und daher in der Regel nur bei ausreichender Kühlung möglich sind, zu verstehen.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, auf der zweiten Hauptfläche des Trägers ebenfalls metallische Flächen auszubilden, die den metallischen Flächen auf der ersten Hauptfläche zugeordnet sind. Der so entstehende Schichtaufbau Metall-Träger-Metall zeichnet sich durch einen effizienten Wärmetransport bei gleichzeitig geringer und homogener thermischer Ausdehnung aus. Durch geeignete Wahl der Metalle und des Trägermaterials sowie der jeweiligen Schichtdicken kann der Ausdehnungskoeffizient des Kühlelements genau an den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Laserdioden-Halbleiterkörpers angepaßt werden. Mit großem Vorteil wird durch diese Anpassung vermieden, daß thermische Wechselbelastungen Verspannungen in den Lötverbindungen zwischen Laserdioden-Halbleiterkörper und Kühlelement erzeugen, die zum Bruch der Lötverbindungen führen können.
Als Trägermaterial wird mit Vorteil ein keramisches Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie beispielsweise AlN oder BN verwendet. Mit besonderem Vorteil läßt sich AlN mit Cu zur Ausbildung der metallischen Fläche verbinden. Solche sogenannten Direct Bond Copper Materialien (DBC) zeichnen sich durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit bei gleichzeitig geringer thermischer Ausdehnung aus. Besonders vorteilhaft ist dabei, daß bei geeigneter Dimensionierung der Verbund einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, der nahezu gleich dem Ausdehnungskoeffizienten von GaAs ist. Daher eignet sich die Erfindung bei Verwendung eines DBC-Materials in besonderer Weise als Kühlelement für GaAs-Laserdioden-Halbleiterkörper wie beispielsweise Laserdioden auf GaAs-Basis mit hoher Ausgangsleistung.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind zwischen den Bereichen zur Aufnahme der Laserdioden-Halbleiterkörper Sollbruchstellen ausgebildet. So können die Halbleiterlaserbauelemente nach der Montage und gegebenenfalls nach Durchführung von Testverfahren leicht durch Brechen vereinzelt werden.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, den Träger mehrlagig auszuführen, wobei die an die erste Hauptfläche angrenzende Schicht elektrisch isolierend ist. Dadurch kann mit Vorteil das Ausdehnungsverhalten, die mechanische Festigkeit sowie die Wärmeleitfähigkeit optimal an den Laserdioden-Halbleiterkörper und den vorgesehenen Einsatzbereich des Bauelements angepaßt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die metallischen Flächen zur Aufnahme der Laserdioden-Halbleiterkörper und gegebenenfalls die zugehörigen Flächen auf der gegenüberliegenden Hauptfläche ebenfalls mehrlagig ausgeführt. Von besonderem Vorteil ist hierbei eine Oberflächenvergütung der metallischen Flächen in Form einer dünnen Edelmetallschicht. Eine solche Oberflächenvergütung verbessert die Lötfähigkeit der Metallflächen und dient zugleich als Korrosionsschutz.
Ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren für Halbleiterlaserbauelemente mit Kühlelement beginnt mit der Bereitstellung eines Kühlelements mit einem elektrisch isolierenden, plattenförmigen Träger mit einer ersten Hauptfläche und einer zweiten Hauptfläche, wobei die erste Hauptfläche mit einer Metallschicht bedeckt ist. Diese Metallschicht wird derart in eine Mehrzahl von metallischen Flächen strukturiert, daß die metallischen Flächen eine Montageplattform für eine Mehrzahl von Halbleiterlaserdioden bilden. Je nach Ausgestaltung werden die metallischen Flächen einschließlich etwaiger Vergütungen und Lotbeschichtungen sowie Leiterbahnen auf dem Träger geformt. Weiterhin werden bei diesem Schritt gegebenenfalls Sollbruchstellen in dem Träger ausgebildet.
Im nächsten Schritt werden eine Mehrzahl von Laserdioden-Halbleiterkörpern und eine Mehrzahl von optischen Elementen, die den Laserdioden-Halbleiterkörpern zugeordnet sind, aufgebracht, wobei jeweils ein Laserdioden-Halbleiterkörper auf einer metallischen Fläche angeordnet wird. Die optischen Elemente werden bevorzugt zur Führung der erzeugten Strahlung auf den Träger montiert. Die optischen Elemente sind vorzugsweise Kollimationsoptiken für die generierte Laserstrahlung und Elemente zur Einkopplung in Glasfasern einschließlich der Faserhalterung. Diese Elemente müssen exakt auf den Laserdioden-Halbleiterkörper ausgerichtet werden. Dies ist aufgrund der genau definierten Montageplattform bei der Erfindung und der damit einhergehenden hohen Positioniergenauigkeit mit großer Präzision möglich.
Im letzten Schritt wird das Kühlelement in die Mehrzahl von so erzeugten Halbleiterlaserbauelementen mit Kühlelement zerteilt.
Aufgrund der Halbleitermontage vor der Vereinzelung ist das Herstellungsverfahren gegenüber Herstellungsverfahren nach dem Stand der Technik wegen der oben genannten, geringeren Anzahl von Positionierungsschritten und der leichteren Positionierbarkeit der Bauelemente einfacher und kostengünstiger. Eine besonders bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens besteht darin, in einem weiteren Schritt vor der Vereinzelung die Laserdioden-Halbleiterkörper zu testen, wobei Testzeit und Rüstzeit vorteilhaft gering gehalten sind.
Weitere Merkmale, Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von fünf Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den 1 bis 5.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Kühlelements für eine Mehrzahl von erfindungsgemäßen Halbleiterlaserbauelementen,
2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Kühlelements für eine Mehrzahl von erfindungsgemäßen Halbleiterlaserbauelementen,
3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines Kühlelements für eine Mehrzahl von erfindungsgemäßen Halbleiterlaserbauelementen,
4 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels eines Kühlelements für eine Mehrzahl von erfindungsgemäßen Halbleiterlaserbauelementen, und
5 eine schematische Darstellung eines ersten erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens mit einer schematischen Darstellung einer Mehrzahl von erfindungsgemäßen Halbleiterlaserbauelementen in 5d.
Gleiche oder gleichwirkende Teile sind dabei mit demselben Bezugszeichen versehen.
In 1 ist ein Kühlelement mit einem elektrisch isolierenden Träger 1 in Form einer Keramikplatte, die beispielsweise aus einer AlN-Keramik besteht, gezeigt. Auf einer Hauptfläche dieses Träger ist eine Mehrzahl rechteckiger Bereiche 2 in Form von Kupferflächen zur Aufnahme der Laserdioden-Halbleiterkörper ausgebildet. Auf diesen Kupferflächen 2 wiederum sind kleinere Bereiche 3 geformt, auf die bei der Bauelementherstellung die Laserdioden-Halbleiterkörper aufgelötet werden. Diese kleineren Bereiche 3 können beispielsweise in einer begrenzt ausgebildeten Lotschicht bestehen.
Bei Verwendung von GaAs als Halbleitermaterial eignet sich zur Herstellung von Lötverbindungen hoher Festigkeit und zugleich großer elektrischer und thermischer Leitfähigkeit besonders ein AuSn-Lot.
Aufgrund der matrixartigen Anordnung der Bereiche 2 kann das gezeigte Kühlelement leicht automatisch mit Laserdioden-Halbleiterkörpern bestückt werden. Für den industriellen Einsatz bieten sich dabei Kühlelementgrößen von 100 mm × 100 mm bis zu 100 mm × 200 mm an, wobei auf jedem Kühlelement bis zu 200 Einzelbereiche 2 ausbildet sind.
Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind auf der gegenüberliegenden Hauptfläche des Trägers 1 ebenfalls Metallflächen 5 ausgebildet, die den Metallflächen 2 zugeordnet sind, so daß ein mehrschichtiger, symmetrischer Verbund Metall-Keramik-Metall entsteht, der eine homogene und geringe thermische Ausdehnung aufweist. Weiterhin dienen die Metallflächen 5 einer guten Wärmeübertragung an die Montagefläche des Bauelements oder an weitere, gegebenenfalls aktive Kühlsysteme wie beispielsweise Lüfter.
Die metallischen Flächen 2 sind bei diesem Ausführungsbeispiel mit einer Oberflächenvergütung 4 in Form einer galvanisch abgeschiedenen Goldschicht versehen, um besonders gute Löteigenschaften, speziell in Verbindung mit AuSn-Lot, zu erzielen. Auf der Goldschicht sind wiederum die mit AuSn-Lot bedeckten Chipanschlußbereiche 3 geformt.
Das in 3 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel darin, daß zwischen den einzelnen Bereichen 2 Einkerbungen 6 in den Träger 1 eingebracht sind, die als Sollbruchstellen wirken.
Zusammen mit den spröden mechanischen Eigenschaften eines keramischen Trägermaterials ergibt sich damit eine besonders einfache Möglichkeit der Vereinzelung der Bauelemente durch Brechen. Die Sollbruchstellen können dabei berührungslos mittels Laserablation oder mechanisch durch Einfräsen oder Ritzen erzeugt werden.
Bei dem in 4 gezeigten Ausschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels ist eine auf dem Träger 1 des Kühlelements ausgebildete Leiterbahnstruktur 7a, 7b zur gleichzeitigen Ansteuerung mehrerer Laserdioden-Halbleiterkörper dargestellt. Dabei sind die metallischen Flächen 2 zweiteilig ausgeführt, wobei der jeweils eine Teil 2a den Chipanschlußbereich 3 beinhaltet. Der jeweils andere Teil 2b dient als Drahtanschlußbereich zur elektrischen Kontaktierung des Laserdioden-Halbleiterkörpers mit einer Drahtverbindung.
Die einzelnen Teilbereiche 2a und 2b sind jeweils untereinander mit Leiterbahnen 7a und 7b verbunden. Mittels dieser Struktur ist es nach der Montage der Laserdioden-Halbleiterkörper möglich, alle in Reihe montierten Laserdioden-Halbleiterkörper gleichzeitig und vor der Vereinzelung auf dem Kühlelement zu testen. Die Leiterbahnstruktur kann beispielsweise in mehreren Parallelsträngen oder mäanderförmig auf dem Träger 1 fortgesetzt werden. Die Zusammenstellung der gleichzeitig zu testenden Bauelemente kann leicht durch Modifikation der Leiterbahnführung verändert werden. Schließlich ist es insbesondere möglich, alle auf einem Träger 1 montierten Laserdioden-Halbleiterkörper gleichzeitig zu testen und so die Testzeiten zu minimieren.
Dabei können alle zu testenden Bauelemente in Serienschaltung, Parallelschaltung oder einer anderen Schaltungskombination betrieben werden. Dies eignet sich insbesondere für die bei Laserdioden üblichen Burn In-Verfahren.
Bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens wird als Ausgangsprodukt ein DBC-Material verwendet, 5a. Dieses mehrlagige Material beinhaltet einen Keramikträger 1, beispielsweise aus AlN, der auf den beiden Hauptflächen von einer ersten Kupferschicht 8 und einer zweiten Kupferschicht 9 bedeckt ist. Auf der Kupferschicht 8 ist weiterhin galvanisch eine Goldschicht 10 abgeschieden.
In einem ersten Herstellungsschritt wird dieses DBC-Material strukturiert, 5b. Die Strukturierung umfaßt die Ausbildung der Bereiche 2 zur Aufnahme der Laserdioden-Halbleiterkörper, die Aufbringung der Chipanschlußflächen 3 und die Erzeugung der Sollbruchstellen 6. Die Chipanschlußflächen 3 können beispielsweise durch Aufdampfen oder Aufstäuben (Sputtern) eines AuSn-Lots mit Hilfe einer Schattenmaske auf der Goldschicht erzeugt werden. Alternativ können auch einzelne, entsprechend geformte AuSn-Folienteile auf die Goldschicht 10 aufgeschmolzen werden.
Durch selektives Ätzen werden die geschlossenen Kupferflächen 8 und 9 sowie die Goldfläche 10 in Einzelflächen unterteilt, die die Metallflächen 2 zur Aufnahme der Laserdioden-Halbleiterkörper sowie die zugeordneten Flächen 5 bilden. Bei diesem Ätzprozeß können auch Leiterbahnstrukturen auf dem Träger 1 ausgebildet werden (in der Abbildung nicht dargestellt).
Die Einkerbungen 6 im Träger 1 können auf der freigeätzten Oberfläche des Trägers 1 durch Laserablation oder durch Einfräsen ausgebildet werden.
Nach diesem Strukturierungsschritt werden in einem zweiten Schritt die Laserdioden-Halbleiterkörper 11, zum Beispiel GaAs-Hochleistungslaserdioden auf die Chipanschlußflächen 3 aufgelötet und kontaktiert, 5c.
Zudem wird der Träger 1 bei der Montage der optoelektronischen Laserdioden-Halbleiterkörper 11 mit zugehörigen optischen Elementen bestückt, die wie oben beschrieben besonders vorteilhaft mit hoher Präzision exakt auf den Laserdioden-Halbleiterkörper 11 ausgerichtet werden können.
Nach diesem Schritt können die genannten Testverfahren an den so hergestellten, noch im Verbund befindlichen Halbleiterlaserbauelementen durchgeführt werden. Die dabei als defekt identifizierten Halbleiterlaserbauelemente können vorteilhafterweise in einem späteren Schritt vor dem Einbau in Gehäuse ausgesondert werden. Weiterhin ist es aufgrund der durchgeführten Testverfahren möglich, nach der Vereinzelung die Bauelemente nach Gütekriterien wie beispielsweise maximale Ausgangsleistung oder zu erwartende Lebensdauer zu selektieren.
Im letzten Schritt des Herstellungsverfahrens werden die Bauelemente durch Bruch an den Sollbruchstellen vereinzelt (5d). Die in der 5d gezeigte Mehrzahl von erfindungsgemäßen Halbleiterlaserbauelementen kann danach weiteren Schritten, wie beispielsweise Vergehäusung oder Montage, zugeführt werden.
Die Erläuterung der Erfindung anhand der beschriebenen Ausführungsbeispiele ist natürlich nicht als Beschränkung der Erfindung zu verstehen.
Die Auswahl der verwendeten Materialien, insbesondere des Keramikmaterials für den Träger 1 und der hierauf befindlichen Metallisierungen kann in weiten Grenzen je nach Eigenschaft der Laserdioden-Halbleiterkörper 11 und dem vorgesehenen Einsatzbereich der Bauelemente variiert werden.
Weiterhin sind die in den einzelnen Ausführungsbeispielen beschriebenen Varianten weitestgehend frei kombinierbar.

Claims

Halbleiterlaserbauelement, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterlaserbauelement in einem Verfahren mit den Schritten a) Bereitstellen eines Kühlelements mit einem elektrisch isolierenden, plattenförmigen Träger (1) mit einer ersten Hauptfläche und einer zweiten Hauptfläche, wobei die erste Hauptfläche mit einer Metallschicht bedeckt ist, b) Strukturieren der Metallschicht in eine Mehrzahl von metallischen Flächen (2) derart, daß die metallischen Flächen eine Montageplattform für eine Mehrzahl von Halbleiterlaserdioden bilden, c) Aufbringen einer Mehrzahl von Laserdioden-Halbleiterkörpern (11) und einer Mehrzahl von optischen Elementen, die den Laserdioden-Halbleiterkörpern zugeordnet sind, wobei jeweils ein Laserdioden-Halbleiterkörper (11) auf einer metallischen Fläche (2) angeordnet ist, und d) Zerteilen des Kühlelements in die Mehrzahl von Halbleiterlaserbauelementen hergestellt ist.
Halbleiterlaserbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der metallischen Fläche (2) eine Anschlußfläche (3) ausgebildet ist, die zur Montage der Laserdioden-Halbleiterkörper vorgesehen ist.
Halbleiterlaserbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußfläche (3) mit einem elektrisch leitenden Haftmittel versehen ist.
Halbleiterlaserbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Träger (1) eine Leiterbahnstruktur (7) ausgebildet ist.
Halbleiterlaserbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der zweiten Hauptfläche des Trägers (1) eine metallische Fläche (5) ausgebildet ist, die der metallischen Fläche (2) auf der ersten Hauptfläche zugeordnet ist.
Halbleiterlaserbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägermaterial ein Keramikmaterial verwendet wird.
Halbleiterlaserbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägermaterial AlN oder BN verwendet wird.
Halbleiterlaserbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Fläche (2) zumindest teilweise aus Cu besteht.
Halbleiterlaserbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlelement einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der an den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der aufzubringenden Laserdioden-Halbleiterkörper angepaßt ist.
Halbleiterlaserbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf der metallischen Fläche (2) zumindest teilweise eine Oberflächenvergütung aufgebracht ist.
Halbleiterlaserbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Fläche mehrlagig ausgebildet ist.
Halbleiterlaserbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger mehrlagig ausgebildet ist, wobei mindestens die an die erste Hauptfläche grenzende Schicht elektrisch isolierend ist.
Halbleiterlaserbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserdioden-Halbleiterkörper (11) eine GaAs-Laserdiode oder eine GaAs-Hochleistungslaserdiode ist.
Halbleiterlaserbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element auf dem Kühlelement aufgebracht ist.
Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von Halbleiterlaserbauelementen mit den Schritten: a) Bereitstellen eines Kühlelements mit einem elektrisch isolierenden, plattenförmigen Träger (1) mit einer ersten Hauptfläche und einer zweiten Hauptfläche, wobei die erste Hauptfläche mit einer Metallschicht bedeckt ist, b) Strukturieren der Metallschicht in eine Mehrzahl von metallischen Flächen (2) derart, daß die metallischen Flächen eine Montageplattform für eine Mehrzahl von Halbleiterlaserdioden bilden, c) Aufbringen einer Mehrzahl von Laserdioden-Halbleiterkörpern (11) und einer Mehrzahl von optischen Elementen, die den Laserdioden-Halbleiterkörpern zugeordnet sind, wobei jeweils ein Laserdioden-Halbleiterkörper (11) auf einer metallischen Fläche (2) angeordnet wird, und d) Zerteilen des Kühlelements in die Mehrzahl von Halbleiterlaserbauelementen.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt b) die metallischen Flächen (2) in matrixartiger Anordnung ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Flächen (2) mit Anschlußflächen (3) versehen werden, auf denen in Schritt c) die Laserdioden-Halbleiterkörper (11) angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußflächen (3) AuSn enthalten.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußflächen (3) vor Schritt c) mit einem elektrisch leitenden Haftmittel, insbesondere einer Lotschicht, versehen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß auf der ersten Hauptfläche des Trägers (1) zwischen den einzelnen metallischen Flächen (2) Leiterbahnstrukturen (7) ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß auf der zweiten Hauptfläche des Trägers (1) metallische Flächen (5) ausgebildet werden, die den metallischen Flächen (2) auf der ersten Hauptfläche zugeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1) ein Keramikmaterial enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1) AlN oder BN enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht bzw. die metallischen Flächen (2) Kupfer enthalten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlelement einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der an den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der aufzubringenden Laserdioden-Halbleiterkörper (11) angepaßt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß vor Schritt d) zwischen den metallischen Flächen (2) Sollbruchstellen (6) ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollbruchstellen (6) eingeritzt, eingefräst oder vermittels Laserablation ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Flächen (2) zumindest teilweise eine Oberflächenvergütung aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht bzw. die metallischen Flächen (2) mehrlagig ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1) mehrlagig ausgebildet ist, wobei mindestens die an die erste Hauptfläche grenzende Schicht elektrisch isolierend ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserdioden-Halbleiterkörper (11) GaAs-Laserdioden, insbesondere GaAs-Hochleistungslaserdioden sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt b) die Metallschicht durch Ätzen strukturiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt c) die Laserdioden-Halbleiterkörper (11) aufgelötet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt c) die Mehrzahl von optischen Elementen auf das Kühlelement aufgebracht wird.
Verfahren nach einem Ansprüche 15 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Schritt c) und d) eine Mehrzahl der Laserdioden-Halbleiterkörper (11) gleichzeitig einem Testverfahren unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß das Testverfahren einen Formierzyklus (Burn In) beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, daß das Testverfahren eine Güteselektion der Laserdioden-Halbleiterkörper (11) beinhaltet.