DE102007011564A1

DE102007011564A1 - Verfahren zur verbesserten Herstellung von Diodenlaserbarren

Info

Publication number: DE102007011564A1
Application number: DE102007011564A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dr. Sebastian; Ralf Dr. Hülsewede
Original assignee: Jenoptik Diode Lab GmbH
Current assignee: Jenoptik Optical Systems GmbH
Priority date: 2007-03-07
Filing date: 2007-03-07
Publication date: 2008-09-11
Anticipated expiration: 2027-03-08
Also published as: US8101446B2; WO2008107204A1; US20100067556A1; DE102007011564B4

Abstract

Die Erfindung bezeichnet ein Verfahren zur Herstellung von Diodenlaserbarren, welches infolge einer verbesserten Beschichtung der kantenemittierenden Diodenlaser zu einer höheren Ausbeute und längen Lebensdauer der Diodenlaser sowie zu verbesserten Qualitäten führt. Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass auf den Laserriegel während der Bearbeitung des kompletten Wafers auf die Oberfläche (A) der Diodenlaserbarren ein Spalt erzeugt wird, der so dimensioniert ist, dass ein Zusetzen des Spaltes während der Facettenbeschichtung verhindert wird. In einer besonderen Ausführung wird dazu eine dicke Metallschicht aufgebracht. Diese Metallschicht darf nicht bis zu den späteren Spaltkanten reichen. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt durch eine Metallschicht (B) gebildet wird, die nicht bis zu den zu bildenden Spaltkanten reicht und in die durch geeignete Verfahren zwei Gräben (C) und (D) im Abstand der späteren Resonatorlänge senkrecht zu dem Resonator eingebracht werden. Die Metallschicht kann in einer besonderen Ausführung aus Gold bestehen. In einer weiteren Ausführung kann der Spalt unter Verzicht auf eine Metallschicht durch mindestens einen Graben bzw. Gräben direkt im Halbleiter auf der Oberseite und/oder Unterseite erzeugt werden.

Description

Die Erfindung bezeichnet ein Verfahren zur Herstellung von Diodenlaserbarren, welches infolge einer verbesserten Beschichtung der kantenemittierenden Diodenlaser zu einer höheren Ausbeute und längeren Lebensdauer der Diodelaser sowie zu verbesserten Qualitäten führt.
Kantenemittierende Diodenlaser werden auf der Basis von 1" bis 4" Wafer bzw. Bruchstücke hergestellt. 1 zeigt einen solchen so genannten „Prozessierten Wafer". Die Emission des Lichtes der Diodenlaser erfolgt in der Waferebene. Deshalb werden die Wafer durch einen Spaltvorgang zerlegt (z. B. 2 zeigt das „Zerlegen in Felder" und 3 das „Zerlegen in Riegel". Bekannt ist, dass man den Wafer auch gleich in die Riegel zerlegen kann, ohne den Umweg über die Felder zu nehmen. Die so entstandenen Riegel (auch Barren genannt) enthalten die einzelnen Diodenlaser oder die einzelnen Emitter. Die Spaltflächen sind die emittierenden Flächen (sogenannte Lichtaustrittsfenster oder Facetten). Zum Schutz dieser emittierenden Flächen und für eine gezielte Veränderung des Reflexionsvermögens der beiden Spaltflächen müssen diese Flächen mit z. B. dielektrischen Schichten beschichtet werden.
Für den notwendigen Beschichtungsvorgang werden die einzelnen Riegel (Barren) übereinandergestapelt (dargestellt in 4. „Stapeln"). In Form dieses Stapels können die beiden Spaltflächen (Vorder- und Rückseite) beschichtet werden (5 „Facettenbeschichtung"). Die zu beschichtenden Spalt flächen der Riegel bilden nach dem Stapeln über alle gestapelten Riegel eine fast geschlossene Fläche. Der Abstand zwischen zwei übereinanderliegenden Riegeln ist so gering, dass bei dem Beschichtungsvorgang ein über alle gestapelten Riegel geschlossener Film entsteht. Durch das direkte Aufeinanderstapeln der Riegel berühren sich Metallschichten, die sich auf der Ober- und Unterseite der Riegel befinden. Die Schwingungen in den Beschichtungsanlagen führen dann zu einem Verkleben der Riegel untereinander (hohe Adhäsion durch Mikro-Kalt-Verschweißung). Diese beiden Vorgänge, die Bildung eines geschlossenen Beschichtungsfilmes über alle Riegel eines Stapels und das Verkleben der Riegel untereinander, führen zu folgenden Nachteilen:
Durch das Kleben der Riegel untereinander wird das Entstapeln nach der Beschichtung sehr stark erschwert oder verhindert. Die Riegel können nicht mehr getrennt werden oder nur noch durch entsprechende mechanische Hilfen und Hebel: Beides führt zu starken Verunreinigungen der Riegel und ihrer beschichteten Facetten und damit zu starken Verlusten. Gleichzeitig führt die geschlossene Schicht bei der Beschichtung zu starken Schwierigkeiten bei der Trennung der einzelnen übereinandergestapelten Riegel. Die Trennung der Riegel ist nur durch ein Reißen des Filmes möglich. Dieses Reißen ist ein unkontrollierter Vorgang, der die Haftfestigkeit der Beschichtung auf den Spaltflächen stark reduzieren kann und/oder zu einer Beschädigung der Facettenbeschichtung führt.
Beide Probleme führen

a) zu einer Verringerung der Ausbeute und
b) b) zu einer Verringerung der Lebensdauer der Diodenlaser.

Weiterhin kann beim Stapeln der Riegeln zwischen den Riegeln ein Versatz und/oder eine Verdrehung auftreten. Dieser Versatz und/oder Verdrehungen führen zu Abschattungen von Teilen der Riegel bei der Beschichtung. Riegel, die davon betroffen, müssen als fehlerhafte Produkte ausgesondert werden.
Die Ausbildung eines geschlossenen Filmes auf den Facetten und das Kleben der Riegel aufeinander werden gegenwärtig dadurch verhindert, dass zwischen zwei Riegeln ein kürzerer Dummy-Riegel oder einfach Abstandsstückchen gelegt werden. Dadurch entsteht zwischen den Riegeln ein Spalt und es kann sich keine geschlossenen Fläche aus dem Beschichtungsmaterial bilden. Damit entfällt das Problem des Reißens der Beschichtungsfläche. Dadurch, dass zwischen den Metallschichten der Riegel ein anderes, im Allgemeinen sehr glattes Material liegt, wird auch ein Kleben der Riegel untereinander verhindert.
Der Nachteil dieser Methode ist:

a) eine Reduktion der Kapazität des Beschichtungsprozesses um 50% (die Hälfte der beschichteten Riegel sind die Dummy-Riegel). Bei durchschnittlich 40 Stunden für einen kompletten Beschichtungsprozess (Stapeln der Riegel, Beschichtung der Bruchflächen und Entstapeln der Riegel) ist das ein großer Kostenfaktor in der Fertigung.
b) Um die gleiche Anzahl von Riegeln zu beschichten benötigt man die doppelte Zeit zum Stapeln und Entstapeln der Riegel
c) Es entstehen durch die Dummy-Riegel zusätzliche Kosten (Material, Beschaffung, Bearbeitung, Entsorgung).
d) Die Dummy-Riegel werden im Allgemeinen zur Kostenminimierung mehrfach eingesetzt. Mit zunehmender Anzahl von Einsätzen der Dummy-Riegel entsteht die Gefahr der Abplatzungen von Beschichtungsmaterial von den Dummy-Riegeln. Diese Abplatzungen oder Partikel führen zur Verunreinigung der eigentlichen Diodenlaser-Riegel und damit zu Ausfällen.
e) Der Einsatz von Dummy-Riegeln stellt eine zusätzliche Fehlerquelle im gesamten Prozess für die Bearbeiter dar.

Das Problem der Abschattung kann durch die Dummy-Riegel nur auf einer der zu beschichtenden Spaltflächen verhindert werden, aber nicht auf beiden Spaltflächen. Damit bleibt das Problem der Abschattungen ungelöst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Verbesserung der Beschichtung kantenemittierender Diodenlaser zu erarbeiten, welches zugleich die Ausbeute und Lebensdauer der Diodelaser erhöht und zu verbesserten Qualitäten führt.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass auf den Laserriegel während der Bearbeitung des kompletten Wafer auf die Oberfläche (A) der Diodenlaserbarren ein Spalt erzeugt wird, der so dimensioniert ist, dass ein Zusetzen des Spaltes während der Facettenbeschichtung verhindert wird.
In einer besonderen Ausführung wird dazu eine dicke Metallschicht aufgebracht. Diese Metallschicht darf nicht bis zu den späteren Spaltkanten reichen. Wenn die so hergestellten Riegel übereinendergestapelt werden entsteht ein Abstand zwischen zwei aufeinerderliegenden Riegeln, die die Ausbildung einer geschlossenen Schicht bei der Beschichtung verhindern. In überraschender Weise führt hierbei ein Versatz oder Verdrehung der Riegel beim Stapeln zu keiner Abschattung während des Beschichtungsprozesses.
7 zeigt einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Diodenlaser-Riegel.

a) Auf die Oberfläche (A) der Diodenlaser-Riegel wird eine dickere Metallschicht (B) aufgebracht. Die Metallschichtdicke kann größer als 500 nm sein. In diese Metallschicht werden durch geeignete Verfahren zwei Gräben (C) und (D) im Abstand der späteren Resonatorlänge senkrecht zu dem Resonator eingebracht. C und D stellen den Abstand Metallschicht-Spaltfläche (Ausführungsbei spiel: 1/2 Graben) dar. Diese Metallschicht kann sowohl als geschlossener Streifen über alle Diodenlaser (Emitter) eines Riegels (Barren) ausgeführt werden, als auch zwischen den einzelnen Lasern getrennt sein (In 7 getrennt dargestellt).
b) Die dickere Metallschicht kann sich sowohl auf der Oberseite (p-Seite) als auch auf der Unterseite (n-Seite oder auch Substratseite genannt) befinden. Der Graben kann auch direkt im Halbleiter, sowohl auf der Oberseite, als auch auf der Unterseite erzeugt werden. Dadurch kann auf die dicke Metallschicht verzichtet werden.
c) In diesen Gräben werden die Wafer oder Felder zum Zerlegen in die einzelnen Riegel gespalten und die Riegel voneinander separiert (3 „Zerlegen in Riegel"). Die Breite dieser Gräben bilden nach dem Spalten den Abstand Metallschicht/Spaltfläche (7: „Abstand Metallschicht-Spaltfläche", C, D)
d) Dieser Abstand zur Spaltfläche, E (Facette), bildet zusammen mit der Höhe der Metallschicht beim Stapeln während des Beschichtungsprozesses einen Spalt (F), der zwei aufeinanderliegende Riegel an der Facette trennt und damit die Ausbildung eines über alle Riegel geschlossenen Beschichtungsfilm verhindert (8 zeigt zwei übereinander gestapelte Riegel).
e) Diese Metallschicht kann vorzugsweise aus Gold bestehen, welches durch chemische (z. B. elektrolytisch), physikalische (z. B. sputtern) oder thermische (z. B. Elektronenstrahlverdampfen) aufgetragen werden.
f) Diese Goldschicht kann bei bestimmten Montageverfahren als Goldreservoir für die Ausbildung bestimmter metallischer Phasen für eine dauerhafte Lotverbindung zwischen dem Diodenlaser und einer geeigneten Unterlage (z. B. Submount, Wärmesenke) dienen.
g) Wenn die Ausbildung bestimmter metallischer Phasen verhindert werden soll, kann diese dicke Goldschicht mit einer Lotbarriere während des Herstellungsprozesses ummantelt werden. Diese Ummantelung verhindert die Verbindung der dicken Goldschicht mit dem Lot.

Claims

Verfahren zum verbesserten Herstellung von Diodenlaserbarren bestehend aus Wafern und/oder Waferbruchstücken, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Facettenbeschichtung auf die Oberfläche (A) der Diodenlaserbarren ein Spalt erzeugt wird, der so dimensioniert ist, dass ein Zusetzen des Spaltes während der Facettenbeschichtung verhindert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt durch eine Metallschicht (B) gebildet wird, die nicht bis zu den zu bildenden Spaltkanten reicht, und in die durch geeignete Verfahren zwei Gräben (C) und (D) im Abstand der späteren Resonatorlänge senkrecht zu dem Resonator eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht eine Mindestdicke besitzt, die ein Zusetzen des Spaltes während der Facettenbeschichtung verhindert.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschichtdicke größer als 500 nm ist.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht als geschlossener Streifen über alle Diodenlaser (Emitter) eines Barrens gestaltet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht getrennt zwischen den einzelnen Lasern ausgestaltet ist.
Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metall schicht auf der Oberseite (p-Seite) und/oder auf der Unterseite (n-Seite) aufgebracht ist.
Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht durch chemische (z. B. elektrolytisch), physikalische (z. B. sputtern) oder thermische (z. B. Elektronenstrahlverdampfen) aufgetragen wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht aus Gold besteht.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Goldschicht so ausgestattet ist, dass sie als Goldreservoir für die Ausbildung metallischer Phasen für eine dauerhafte Lotverbindung zwischen dem Diodenlaser und einer geeigneten Unterlage (z. B. Submount, Wärmesenke) dient.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Goldschicht mit einer Lotbarriere ummantelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt durch mindestens einem Graben bzw. Gräben direkt im Halbleiter auf der Oberseite und/oder Unterseite erzeugt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich in den Gräben einzelne Riegel zerlegte Wafer befinden und so voneinander separiert sind, dass die Breite der Gräben nach dem Spalten den Abstand Metallschicht zur Spaltfläche bilden.