DE102007011564B4 - Verfahren zur verbesserten Herstellung von Diodenlaserbarren - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung von Laserbarren aus einem Wafer, umfassend:
- Aufbringen einer Metallschicht auf eine Oberfläche (A) der Laserbarren während einer Bearbeitung des kompletten Wafers,
wobei die Metallschichtdicke größer als 500 nm ist und zwei Gräben (C) und (D) im Abstand der späteren Resonatorlänge senkrecht zu dem Resonator ausschließlich in die Metallschicht eingebracht werden und die Metallschicht nicht bis zu den zu bildenden Spaltkanten reicht,
- Zerlegen des Wafers durch einen Spaltvorgang in Riegel entlang von Spaltflächen, wobei die Spaltflächen die Facetten (E) der Laserbarren sind,
- Übereinander Stapeln der Riegel, wobei ein Spalt (F) entsteht, der zwei aufeinanderliegende Riegel an der Facette (E) trennt,
- wobei der Spalt (F) gebildet wird durch die Metallschichtdicke und den Abstand der Metallschicht zur Spaltfläche,
- Beschichten der Facetten (E),
wobei der Spalt (F) so dimensioniert ist, dass ein Zusetzen des Spaltes während der Facettenbeschichtung verhindert wird.
- Aufbringen einer Metallschicht auf eine Oberfläche (A) der Laserbarren während einer Bearbeitung des kompletten Wafers,
wobei die Metallschichtdicke größer als 500 nm ist und zwei Gräben (C) und (D) im Abstand der späteren Resonatorlänge senkrecht zu dem Resonator ausschließlich in die Metallschicht eingebracht werden und die Metallschicht nicht bis zu den zu bildenden Spaltkanten reicht,
- Zerlegen des Wafers durch einen Spaltvorgang in Riegel entlang von Spaltflächen, wobei die Spaltflächen die Facetten (E) der Laserbarren sind,
- Übereinander Stapeln der Riegel, wobei ein Spalt (F) entsteht, der zwei aufeinanderliegende Riegel an der Facette (E) trennt,
- wobei der Spalt (F) gebildet wird durch die Metallschichtdicke und den Abstand der Metallschicht zur Spaltfläche,
- Beschichten der Facetten (E),
wobei der Spalt (F) so dimensioniert ist, dass ein Zusetzen des Spaltes während der Facettenbeschichtung verhindert wird.
Description
- Die Erfindung betrifft 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. Aus US 2003 / 0 091 079 A1 ist ein Diodenlaserbarren bekannt nebst einer Facettenbeschichtung, bei der Leckströme am Lichtemissionsende des Laserbarrens vermieden werden können. Aus US 2005 / 0 221 549 A1 ist ein Halbleiterlaser mit goldbeschichteten Elektroden bekannt. Dabei wird das Anbringen einer Antihaftschicht an den Ecken der Chips vorgeschlagen. Aus US 2005 / 0 064 090 A1 ist ein Verfahren zur Facettenbeschichtung unter Zuhilfenahme von Distanzstücken bekannt. Außerdem wird vorgeschlagen, die Substrate der Laserbarren in Facettennähe abzudünnen. Dadurch wäre zwar eine Facettenbeschichtung ohne Distanzstücke möglich, allerdings besteht die Gefahr, dass die Laserbarren beim Abdünnen im Facettenbereich infolge mechanischer Spannungen Schaden nehmen. Außerdem ist das Spalten der Wafer wegen der abgedünnten Stellen schwieriger. Außerdem sind zusätzliche Prozessschritte erforderlich, um das Abdünnen vorzunehmen.
Aus US 2004 / 0 047 380 A1 ist ein Herstellungsverfahren für Laserelemente bekannt, bei dem durch eine gezielt eingebrachte Störung der Multiquantengrabenstruktur die Wellenlänge der Laserelemente eingestellt werden kann. - 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“ und3 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 Spaltflächen 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) 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.
- Erfindungsgemäß 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 aufeinanderliegenden 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 500nm sein. In diese Metallschicht werden durch geeignete Verfahren zwei Gräben (C ) und (D ) im Abstand der späteren Resonatorlänge senkrecht zu dem Resonator eingebracht.C undD stellen den Abstand Metallschicht - Spaltfläche (Ausführungsbeispiel: 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 (In7 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.
- 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 (6)
- Verfahren zur Herstellung von Laserbarren aus einem Wafer, umfassend: - Aufbringen einer Metallschicht auf eine Oberfläche (A) der Laserbarren während einer Bearbeitung des kompletten Wafers, wobei die Metallschichtdicke größer als 500 nm ist und zwei Gräben (C) und (D) im Abstand der späteren Resonatorlänge senkrecht zu dem Resonator ausschließlich in die Metallschicht eingebracht werden und die Metallschicht nicht bis zu den zu bildenden Spaltkanten reicht, - Zerlegen des Wafers durch einen Spaltvorgang in Riegel entlang von Spaltflächen, wobei die Spaltflächen die Facetten (E) der Laserbarren sind, - Übereinander Stapeln der Riegel, wobei ein Spalt (F) entsteht, der zwei aufeinanderliegende Riegel an der Facette (E) trennt, - wobei der Spalt (F) gebildet wird durch die Metallschichtdicke und den Abstand der Metallschicht zur Spaltfläche, - Beschichten der Facetten (E), wobei der Spalt (F) so dimensioniert ist, dass ein Zusetzen des Spaltes während der Facettenbeschichtung verhindert wird.
- Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht als geschlossener Streifen über alle Diodenlaser (Emitter) eines Barrens gestaltet ist.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht getrennt zwischen den einzelnen Lasern ausgestaltet ist. - Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht auf der Oberseite (p-Seite) und/oder auf der Unterseite (n-Seite) aufgebracht ist.
- Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht durch chemische (z. B. elektrolytisch), physikalische (z. B. Sputtern) oder thermische (z.B. Elektronenstrahlverdampfen) Verfahren aufgetragen wird.
- Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht aus Gold besteht.
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