(57)【要約】  一実施形態において、半導体レーザ（１）は、キャリア（２）と、キャリア（２）に実装されレーザ放射（Ｌ）を発生するための活性領域（３３）および放射出口領域（３１）を有するファセット（３０）を含む端面発光型レーザダイオード（３）と、を含む。半導体レーザ（１）は、保護カバー（４）、好ましくはレーザ放射（Ｌ）のコリメーションのためのレンズをさらに含む。保護カバー（４）は、接着剤（５）を用いてファセット（３０）およびキャリア（２）の側面（２０）に固定される。保護カバー（４）の光入射面（４１）とファセット（３０）との間の平均距離は、多くとも６０μｍである。半導体レーザ（１）は、通常雰囲気中で追加の気密封止なしで動作するように構成される。【選択図】  図１Ａ
2020537337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリア（２）と、
前記キャリア（２）に実装され、レーザ放射（Ｌ）を発生するための活性領域（３３）を有し、放射出口領域（３１）を有するファセット（３０）を有する端面発光型レーザダイオード（３）と、
保護カバー（４）と、
前記保護カバー（４）が、前記ファセット（３０）におよび前記キャリア（２）の側面（２０）に固定される接着剤（５）と、
を含む半導体レーザ（１）であって、
前記保護カバー（４）の光入射面（４１）と前記ファセット（３０）との間の平均距離は、多くとも６０μｍであり、
前記半導体レーザ（１）は、通常雰囲気中で追加の気密封止なしで動作するように構成される、
半導体レーザ（１）。
【請求項２】
前記保護カバー（４）は、前記レーザ放射（Ｌ）のコリメーションのためのレンズであり、前記ファセット（３０）からの最小距離は、０．１μｍであり、
前記ファセット（３０）上の前記活性領域（３３）の領域にキャビティ（６）が形成され、前記キャビティ（６）は、前記ファセット（３０）の平面図で見ると、前記接着剤（５）によって周りをすべて囲まれ、それによって、前記レーザ放射（Ｌ）が前記レーザダイオード（３）を離れる前記放射出口領域（３１）は、接着剤（５）を含まない、
請求項１に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項３】
前記キャビティ（６）は、排気されるかまたは少なくとも１種類の保護ガスで満たされ、
前記キャビティ（６）の平均直径は、前記ファセット（３０）の平面図で見ると、３μｍ以上から１００μｍ以下の間であり、前記キャビティ（６）の厚さは、０．５μｍ以上から２０μｍ以下の間であり、
前記ファセット（３０）の平面図で見ると、前記キャビティ（６）の周りの前記接着剤（５）の幅は、前記キャビティ（６）の前記平均直径の少なくとも１５０％であり、少なくとも３０μｍでもある、
請求項２に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項４】
前記キャビティ（６）は、前記キャビティ（６）が、前記ファセット（３０）に垂直な断面で見ると前記放射出口領域（３１）において両凸の形を有するように前記接着剤（５）の方へ湾曲した側壁（６５）を有し、
前記レーザ放射（Ｌ）は、前記接着剤（５）から前記光入射面（４１）の方へ距離をおいて通る、
請求項２または３に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項５】
前記接着剤（５）は、前記光入射面（４１）、前記側面（２０）および前記放射出口領域（３１）全体を直接覆い、前記保護カバー（４）は、レーザ放射（Ｌ）のコリメーションのためのレンズであり、
前記光入射面（４１）と前記ファセット（３０）との間の平均距離は、０．２μｍ以上から１５μｍ以下の間である、
請求項１に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項６】
前記光入射面（４１）全体が前記接着剤（５）によって覆われ、
前記レーザ放射（Ｌ）の最大強度の波長および３００Ｋにおける前記保護カバー（４）と前記接着剤（５）との間の屈折率差は、多くとも０．１である、
請求項５に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項７】
前記保護カバー（４）は、以下の材料：サファイヤ、ＳｉＣの少なくとも１種類を有するか、またはこれらの材料の少なくとも１種類からなり、
前記レーザ放射（Ｌ）の最大強度の波長は、３６５ｎｍ以上から４６０ｎｍ以下の間である、
請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項８】
前記接着剤（５）は、無機物であり、少なくとも一種類の金属および／または少なくとも一種類のガラスを含むか、あるいは少なくとも一種類の金属および／または少なくとも一種類のガラスからなる、請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項９】
前記接着剤（５）は、低有機シリコーン、シラザンおよび／またはシロキサンを含むか、または低有機シリコーン、シラザンおよび／またはシロキサンからなる、請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項１０】
前記光入射面（４１）は、前記光入射面が、反射したレーザ放射（Ｌ）を拡散させるように構成され、前記反射したレーザ放射（Ｌ）が、前記放射出口領域（３１）に届かないかまたは減衰されてしか届かないように、および／または前記レーザダイオード（３）の共振器が、前記反射したレーザ放射（Ｌ）によって撹乱されないように、粗面化部（４３）を設けられる、請求項１から９のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項１１】
平面形状の前記光入射面（４１）は、前記光入射面（４１）において反射したレーザ放射（Ｌ）が、前記放射出口領域（３１）から遠ざけられるように、および／または前記レーザダイオード（３）の共振器が前記反射したレーザ放射（Ｌ）によって撹乱されないままであるように、前記ファセット（３０）に対して斜めに配向し、
前記光入射面（４１）と前記ファセット（３０）との間の角度（α）は、５°以上から２５°以下の間である、
請求項１から９のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項１２】
前記保護カバー（４）は、両凸レンズとして形成され、
前記光入射面（４１）の前記ファセット（３０）の方への最大ふくらみが、前記光入射面（４１）において反射したレーザ放射（Ｌ）が、前記放射出口領域（３１）から遠ざけられるように、および／または前記レーザダイオード（３）の共振器が前記反射したレーザ放射（Ｌ）によって撹乱されないままであるように、前記レーザ放射（Ｌ）の光軸の外側にある、
請求項１から９のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項１３】
少なくとも前記光入射面（４１）は、前記光入射面（４１）が、前記レーザ放射（Ｌ）のために多くとも０．５％の反射率を有するように、および／または前記レーザダイオード（３）の共振器が反射した前記レーザ放射（Ｌ）によって撹乱されないままであるように、前記レーザ放射（Ｌ）のための反射防止コーティング（４４）を設けられる、
請求項１から１２のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項１４】
前記ファセット（３０）とは反対側の前記保護カバー（４）の少なくとも１つの光出射面（４２）は、光触媒コーティング（４５）を設けられ、
前記光触媒コーティング（４５）は、前記レーザ放射（Ｌ）を利用して前記光出射面（４２）上の堆積物を除去および／または分解するように構成される、
請求項１から１３のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項１５】
前記ファセットとは反対側の前記保護カバー（４）の少なくとも１つの光出射面（４２）は、接着防止コーティング（４６）を設けられ、
前記接着防止コーティング（４６）は、前記保護カバー（４）の外側における堆積物を防ぐように構成される、
請求項１から１３のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項１６】
前記活性領域（３３）は、前記レーザダイオード（３）の前記キャリア（２）に面する側に配置され、
前記ファセット（３０）は、前記レーザ放射（Ｌ）の通る方向に沿って、前記キャリア（２）を超えて突き出る、
請求項１から１５のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項１７】
前記半導体レーザ（１）が動作時に白色の混合光を放出するように前記レーザ放射（Ｌ）を部分的に変換するためのルミネセンス要素（７）をさらに含み、
前記ルミネセンス要素（７）は、前記光出射面（４２）に直接配置される、
請求項１から１６のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項１８】
オプトエレクトロニクス半導体部品（１）を製造するための方法であって、
放射（Ｌ）を発生するための活性領域（３３）を有し、放射出口領域（３１）を有するオプトエレクトロニクス半導体チップ（３）を提供することと、
続いて、前記放射出口領域（３１）において直接、保護カバー（４）を製造することと、
を含み、
前記保護カバー（４）は、ガラス製であり、ホットスタンプ法を用いて製造され、
前記半導体部品（１）は、通常雰囲気中で追加の気密封止なしで動作するように構成される、
方法。
【請求項１９】
前記オプトエレクトロニクス半導体チップ（３）は、前記放射出口領域（３１）を含むファセット（３０）を有するレーザダイオードであり、
前記保護カバー（４）は、収束レンズであり、前記ファセット（３０）に平行に通るキャリア（２）の側面（２０）に多くとも１５°の公差で直接触れる、
請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半導体レーザが提供される。さらに、オプトエレクトロニクス半導体部品のための製造方法が提供される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
実現される目的は、効率的に封止することができ、効率的に製造することができるオプトエレクトロニクス半導体部品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
この目的は、とりわけ、独立クレームの特徴を有する半導体レーザおよび製造方法によって実現される。好ましい発展形態は、従属クレームの主題である。
【０００４】
少なくとも１つの実施形態によれば、半導体レーザは、キャリアを含む。キャリアは、いわゆるサブマウントであってよい。キャリアは、半導体レーザを制御することができるドライバーを含むことが可能である。あるいは、キャリアは、電子的にパッシブな構成要素を表し、実装面としてだけ使用されることが可能である。
【０００５】
少なくとも１つの実施形態によれば、半導体レーザは、１つ以上のレーザダイオードを含む。この少なくとも１つのレーザダイオードは、好ましくは、端面発光型レーザダイオードである。これは、特に、動作時に発生したレーザ放射は、レーザダイオードの活性領域に平行な方向に放出されることを意味する。
【０００６】
少なくとも１つの実施形態によれば、レーザダイオードは、ファセットを含む。ファセットは、好ましくは、活性領域に対して垂直またはほぼ垂直に配向している。ファセット上に放射出口領域が配置される。動作時に発生するレーザ放射は、放射出口領域においてレーザダイオードから出現する。放射出口領域は、特に、ファセットの部分領域に、従ってファセットに限定される。
【０００７】
少なくとも１つの実施形態によれば、半導体レーザは、１つ以上の保護カバー、特に、ちょうど１つの保護カバーを含む。保護カバーは、好ましくは、光線整形または光線偏向のための光学機器であるが、ディスク、例えば面平行プレートなどの光学不活性体でもあってよい。
【０００８】
特に、保護カバーは、好ましくは、発生する放射のコリメーションまたは集束のために設計されるレンズである。レンズは、球面、非球面、または自由形状の形であってよい。さらに、円筒形レンズまたは半円筒形レンズが可能である。保護カバーは、収束レンズであり得る。保護カバーは、例えば、平凸レンズまたは両凸レンズとして設計されてよい。フレネルレンズとしての実施形態も可能である。さらに、保護カバーは、例えば、ビーム偏向用のプリズムであってよい。
【０００９】
少なくとも１つの実施形態によれば、保護カバーは、ガラスまたはサファイヤまたはＳｉＣなどの無機材料でできている。あるいは、あまり好ましくはないが、保護カバーは、プラスチック、例えばシリコーンもしくはエポキシまたはそれらのハイブリッド材料などの有機材料、あるいは、ポリカーボネートなどのポリマーでできている。保護カバーが有機材料でできている場合、この有機材料は、好ましくは、保護カバーの芯を形成し、芯は、例えば、酸素および／または水蒸気に対する拡散障壁としての無機保護層によって、特に、表面全体にわたって周りをすべて覆われてよい。
【００１０】
少なくとも１つの実施形態によれば、半導体レーザは、接着剤を含む。保護カバーは、接着剤を用いてファセットに、および任意選択としてキャリアの側面に取り付けられる。キャリアの側面は、ファセットに平行またはほぼ平行に配向してよい。キャリアの側面は、好ましくは、レーザ放射の光線方向に沿ってファセットより後退している。従って、保護カバーは、好ましくは、接着剤でファセットおよびキャリアに取り付けられる。接着剤は、好ましくは、ガラスまたは少なくとも１種類の金属などの無機材料である。
【００１１】
あるいは、接着剤は、シリコーン、ポリシロキサン、ポリシラザンまたはシリコーンハイブリッド材料、好ましくは低有機プラスチックなどのプラスチックである。ポリシロキサンとは、材料が−［Ｏ−ＳｉＲ２］ｎ−、ポリシラザンの場合は−［ＮＨ−ＳｉＲ２］ｎ−で構築されることを意味する。ここで、各々の場合に異なる部分Ｒが存在することが可能である。低有機とは、例えば、シリコーン、シロキサンまたはシラザンに対する有機成分の割合が、３０質量％または２０質量％を超えず、および／または、特に、シロキサンまたはシラザンの場合、炭素含有部分Ｒの数とｎとの商が多くとも０．７５または０．２５であることを意味する。有機物の質量割合は、特に、材料を灰化することによって決定される。
【００１２】
あまり好ましくはないが、接着剤は、エポキシおよび／または炭素含有構造単位のポリマーなどの有機材料であり得る。
【００１３】
少なくとも１つの実施形態によれば、保護カバーの光入射面とファセットとの間の平均距離は、多くとも５μｍまたは１５μｍまたは３０μｍまたは６０μｍまたは０．１ｍｍである、あるいは、または加えて、この平均距離は、少なくとも０．１μｍまたは０．５μｍである。平均距離は、好ましくは、０．５μｍから５μｍの間の範囲にある。言い換えると、保護カバーは、ファセットの近くであり得る。
【００１４】
少なくとも１つの実施形態によれば、半導体レーザは、通常雰囲気中で追加の気密封止なく動作するように構成される。すなわち、ファセットの、特に放射出口領域の封止および保護は、保護カバーと一緒になった接着剤によって行われる。保護カバーと一緒になった接着剤に起因して、半導体レーザは、好ましくは、通常の環境空気中で動作させてよく、環境空気は、２１％前後の範囲の酸素含有量および水蒸気を含有してよい。
【００１５】
少なくとも１つの実施形態において、半導体レーザは、キャリアと、キャリアに実装されレーザ放射を発生するための活性領域および放射出口領域を有するファセットを含む端面発光型レーザダイオードと、を含む。半導体レーザは、さらに、保護カバー、好ましくは、レーザ放射を平行にするためのレンズを含む。保護カバーは、接着剤を用いてファセットおよびキャリアの側面に固定される。保護カバーの光入射面とファセットとの間の平均距離は、多くとも６０μｍである。半導体レーザは、通常雰囲気中で追加の気密封止なく動作するように構成される。
【００１６】
特に、高い出力、例えば０．２Ｗまたは１Ｗを超える光出力を有し、近紫外域または青色スペクトル域の短波長で放出する半導体レーザは、環境の影響に対して保護され、封止されなければならない。長期間の安定な動作を確実にすることを可能にするために、対応するレーザダイオードは、清浄で気密に密封された雰囲気中で動作させるか、またはあらゆる雰囲気から遠ざけなければならない。
【００１７】
本明細書に記載される半導体レーザにおいて、ファセットの近くにあるクラッドを用いて放射出口領域の気密区画形成が行われる。接着剤と一緒になった保護カバーによって形成されたファセットの近くでの封止によって、その他の方法では必要となる気密に密封されたハウジングをなくすことができる。その結果、半導体レーザは、コスト効率を改善して製造することができ、スペース要件を軽減して設置することができる。
【００１８】
保護カバーは、特に、接着剤と一緒になると、環境の影響に対してファセットを保護し、レーザ放射の光線発散を減らす。同様に、例えばレンズの形の保護カバーを用いると、生じ得る分解生成物が堆積することができる表面の拡大がもたらされる。さらに、雰囲気に曝露されている半導体レーザの表面の拡大は、光出力密度の低下という結果を生み、光ピンセットの効果の低下を伴う。特に、保護カバーは、レーザファセットおよび放射出口領域に粒子および／または無機分子が直接集積することを防ぐ。
【００１９】
ファセット上の堆積物は、特に、短波長放射によって分解することができ、焼き付かせることができる。ファセットの領域におけるそのような変化は、レーザのデカップリング効率を低下させ、例えば、堆積物中の光吸収によるファセットコーティングへの損傷が起こり、そのことが今度は、過熱、ひいてはレーザファセット領域全体の破壊につながりかねない。これは、光学損傷、略してＣＯＤ（ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｄａｍａｇｅ）とも呼ばれる。ファセット領域に実装された保護カバーは、粒子および／または分子がファセットに堆積することを防ぐ一方で、同時に半導体レーザの構成を単純にし、スペース要件を軽減する。
【００２０】
さらに、放出されるレーザ放射の発散は、ファセットに近いレンズによって低下する。同様に、雰囲気中を通るレーザ光線の領域における電界強度は、低下する。発散光線中の電界強度は、さもなければファセットの近傍において潜在的な汚染物を吸引し、光ピンセットに対応するファセットへの堆積を引き起こす。このようにして、光線発散の低下は、堆積物の減少に直接つながる。
【００２１】
さらに、保護カバーによって、すなわち、好ましくはレンズによって、雰囲気との界面が拡大する。境界表面の拡大の結果として、単位面積あたりの潜在的堆積物の量は、減少する。さらに、この界面におけるエネルギー密度は、ファセットに関して直接低下する。
【００２２】
少なくとも１つの実施形態によれば、レーザダイオードは、接着剤および保護カバーによって気密封止される。すなわち、保護カバーとともに接着剤から形成された封止部の内部と外部との間に、酸素または水蒸気などの物質の有意な交換がない。例えば、気密に密封されるとは、特に室温において、漏洩速度が多くとも５×１０−９Ｐａ・ｍ／ｓであることを意味する。
【００２３】
少なくとも１つの実施形態によれば、保護カバーとファセットとの間の最小距離は、０．１μｍまたは０．２μｍである。あるいは、または加えて、この最小距離は、多くとも１０μｍまたは５μｍまたは３μｍである。すなわち、最小距離は、レーザ放射の波長のオーダーであり得る。その結果、保護カバーとファセットとの間の領域が、望ましくない追加の共振器としての役割を果たす可能性がある。他方、この小さな最小距離は、放射出口領域の方へ、特に接着剤を通って、小さな拡散断面積しか発生しないという結果を生む。
【００２４】
少なくとも１つの実施形態によれば、活性領域の領域中のファセット上にキャビティが形成される。ファセットの平面図で見ると、キャビティは、接着剤によって周りをすべて囲まれている。従って、レーザ放射がレーザダイオードを離れる放射出口領域は、接着剤なしでよい。このことは、レーザ放射と接着剤との間で放射出口領域において直ちに潜在的に有害な相互作用があるという結果を生まない。
【００２５】
少なくとも１つの実施形態によれば、キャビティは、排気されるか、または１種類以上の保護ガスで満たされる。該当する保護ガスは、例えば、アルゴンもしくはヘリウムなどの希ガスまたは窒素などの不活性ガスである。キャビティが保護ガスで満たされる場合、キャビティ中のガス圧力は、例えば、半導体レーザの意図される動作温度において大気圧に近く、特に０．８バール以上から１．１バール以下の間であってよい。
【００２６】
少なくとも１つの実施形態によれば、キャビティの平均直径は、ファセットの平面図で見ると、少なくとも３μｍまたは５μｍまたは１０μｍおよび／または多くとも０．１ｍｍまたは５０μｍまたは２０μｍまたは１０μｍである。言い換えると、キャビティは、平面図で見ると、比較的小さくてよい。
【００２７】
キャビティは、放射出口領域に対して回転対称的に形成されるか、または放射出口領域の周りに非対称に延在してよい。接着剤と放射出口領域との間の距離は、好ましくは、少なくとも２μｍまたは５μｍまたは１０μｍである。
【００２８】
少なくとも１つの実施形態によれば、キャビティの厚さは、０．５μｍ以上から２０μｍ以下の間である。ファセットに垂直なキャビティの厚さは、一方では放射出口領域および／またはキャリアの側面と他方では保護カバーの光入射面との間の平均距離に対応してよい。
【００２９】
少なくとも１つの実施形態によれば、ファセットの平面図で見ると、キャビティの周りの接着剤の幅は、キャビティの平均直径の少なくとも１００％または１５０％または２５０％である。あるいは、または加えて、接着剤の幅は、少なくとも２０μｍまたは３０μｍまたは５０μｍおよび／または多くとも０．１ｍｍまたは５０μｍまたは２０μｍである。
【００３０】
少なくとも１つの実施形態によれば、キャビティの側壁は、接着剤の方へ湾曲している。例えば、ファセットに垂直な断面で見ると、キャビティの形は、放射出口領域において両凸である。すなわち、この断面図で見てファセットに平行な方向の最大限度から始まり、キャビティは、ファセットに向かう方向および保護カバーの光入射面に向かう方向で狭くなる。
【００３１】
少なくとも１つの実施形態によれば、レーザ放射は、接着剤からある距離をおいて光入射面へと通る。すなわち、放射出口領域から光入射面への直進的な意図される経路に沿って、レーザ放射は、接着剤に到達しない。これは、場合によって光入射面において反射したレーザ放射が接着剤に導かれることを除外しない。
【００３２】
少なくとも１つの実施形態によれば、接着剤は、光入射面および任意選択としてキャリアの側面を部分的にまたは完全に覆い、放射出口領域全体の上も直接かつ直ちに覆う。言い換えると、ファセットと光入射面との間の接着剤によってのみ連続的でかつ間隙のない接続を形成することができる。
【００３３】
少なくとも１つの実施形態によれば、光入射面は、全体が接着剤によって覆われる。同様に、ファセットは、全体が接着剤によって覆われ得る。キャリアの側面は、好ましくは、部分的にしか接着剤によって覆われないが、あるいは接着剤によって完全に覆われてもよい。
【００３４】
少なくとも１つの実施形態によれば、保護カバーと接着剤との間の屈折率の差は、多くとも０．２または０．１または０．０５または０．０２である。これは、詳しくは、レーザ放射の最大強度の波長において３００Ｋの温度であてはまる。対応して低い屈折率差によって保護カバーと接着剤との間の界面における反射を低下させることができる。
【００３５】
少なくとも１つの実施形態によれば、保護カバーは、以下の材料、ガラス、サファイヤ、炭化ケイ素のうちの少なくとも１種類でできているか、またはこれらの材料の１種類以上からなる。保護カバーは、好ましくは、サファイヤでできている。
【００３６】
少なくとも１つの実施形態によれば、レーザダイオードによって発生するレーザ放射の最大強度の波長は、少なくとも３６５ｎｍまたは４００ｎｍである。あるいは、または加えて、最大強度の波長は、多くとも５３０ｎｍまたは４６０ｎｍまたは４４０ｎｍである。すなわち、レーザ放射は、比較的短波長である。
【００３７】
少なくとも１つの実施形態によれば、接着剤は、１種類以上の金属、特にハンダからなり、ハンダが施用される保護カバーおよび／またはファセットおよび側面の上の金属層とも組合される。あるいは、少なくとも１種類のガラスが接着剤として用いられる。
【００３８】
接着剤は、均一な構成であってもよく、不均一であってもよい。例えば、ガラスの場合、例えばスペーサとして、および／または熱膨脹率を設定するために、さらに別の粒子がガラスマトリックス中に導入されることが可能である。
【００３９】
少なくとも１つの実施形態によれば、保護カバーの光入射面に粗面化部が設けられる。光入射面は、従って、光入射面で反射した放射を、反射したレーザ放射が放射出口領域に届かないかまたは減衰されてからしか届かないほど広範囲に拡散させるように設計される。ファセットと保護カバーとの間の領域からレーザダイオードの共振器へのフィードバックは、従って、低下させることができる。
【００４０】
少なくとも１つの実施形態によれば、光入射面は平らである。この場合、光入射面は、ファセットに対して斜めになる。例えば、光入射面とファセットとの間の角度は、少なくとも５°または１０°、および／または多くとも３５°または２５°または１５°である。その結果、光入射面で反射したレーザ放射は、ファセット上の放射出口領域から遠ざけられる。その角度は、好ましくは、接着剤上の拡散攻撃の面積を低く保つために、ブリュースター角未満である。
【００４１】
少なくとも１つの実施形態によれば、保護カバーは、光入射面が湾曲した形で、特に連続的に湾曲した形で延在するように、レンズの形であり両凸である。光入射面の最大湾曲部は、好ましくは、場合によって光入射面において反射したあらゆるレーザ放射を放射出口領域から遠ざけるように、レーザ放射の光軸の外側に配置される。
【００４２】
少なくとも１つの実施形態によれば、保護カバーの光入射面および／または光出射面に、部分的にまたは全体的にレーザ放射のための反射防止コーティングが設けられる。詳しくは、レーザ放射に対する光入射面の反射率は、多くとも０．５％または０．１％または０．０１％である。そのような反射防止コーティングによってファセットと保護カバーとの間の領域からレーザダイオードの共振器へのフィードバックも低下させるかまたは妨ぐことができる。
【００４３】
少なくとも１つの実施形態によれば、ファセットとは反対側の保護カバーの光出射面に触媒コーティング、好ましくは光触媒コーティングが設けられる。このコーティングは、レーザ放射を用いて光出射面上の堆積物を除去および／または分解するように設計されている。コーティングは、特に、二酸化チタンまたは酸化ジルコニウムなどの金属酸化物によって形成される。あるいは、コーティングは、白金またはパラジウムまたはロジウムなどの少なくとも１種類の金属でできている。触媒コーティング用の金属コーティングの場合、コーティングの厚さは、好ましくは、多くとも１０ｎｍまたは５ｎｍまたは３ｎｍであり、それによって、レーザ放射は、顕著な損失なく触媒コーティングを通過することができる。
【００４４】
少なくとも１つの実施形態によれば、保護カバーの光出射面に接着防止コーティングが設けられる。接着防止コーティングは、保護カバーの外側における堆積物を防ぐように設計されている。接着防止コーティングは、例えば、プラスチックコーティングであり、特に、フッ素−炭素化合物またはフッ素−ケイ素化合物を有する。接着防止コーティングは、例えば、フッ素化もしくは過フッ素化ポリマーおよび／またはフッ素化もしくは過フッ素化シロキサンもしくはシラザンである。好ましくは、光出射面全体がしかるべくコーティングされる。
【００４５】
少なくとも１つの実施形態によれば、活性領域は、レーザダイオードのキャリアに面する側に配置される。例えば、活性領域とキャリアとの間の距離は、多くとも５μｍまたは１０μｍまたは３μｍである。これに対して、レーザダイオードの厚さは、例えば、少なくとも２０μｍまたは５０μｍまたは１００μｍ、および／または多くとも０．５ｍｍまたは０．２ｍｍである。
【００４６】
少なくとも１つの実施形態によれば、ファセットは、レーザ放射の通る方向に沿ってキャリアを超えて突き出る。キャリアの上のレーザダイオードの突出は、例えば、少なくとも５０μｍまたは０．１ｍｍ、あるいは、または加えて、多くとも０．３ｍｍまたは０．１５ｍｍまたは５０μｍである。
【００４７】
少なくとも１つの実施形態によれば、半導体レーザは、１つ以上のルミネセンス要素を含む。この少なくとも１つのルミネセンス要素は、レーザ放射の部分的または全体的な変換のために設計され、１種類以上の蛍光体を含む。
【００４８】
特に、以下の蛍光体の１種類以上が用いられる。（Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、Ｓｒ（Ｃａ，Ｓｒ）Ｓｉ２Ａｌ２Ｎ６：Ｅｕ２＋、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３＊Ｓｉ２Ｎ２Ｏ：Ｅｕ２＋、（Ｃａ，Ｂａ，Ｓｒ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、（Ｓｒ，Ｃａ）［ＬｉＡｌ３Ｎ４］：Ｅｕ２＋などのＥｕ２＋ドープ窒化物；一般系列（Ｇｄ，Ｌｕ，Ｔｂ，Ｙ）３（Ａｌ，Ｇａ，Ｄ）５（Ｏ，Ｘ）１２：ＲＥ、式中、Ｘ＝ハロゲン化物、Ｎまたは２価元素、Ｄ＝３価または４価元素、ＲＥ＝希土類金属、からのガーネット、例えばＬｕ３（Ａｌ１−ｘＧａｘ）５Ｏｌ２：Ｃｅ３＋、Ｙ３（Ａｌ１−ｘＧａｘ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋；（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）Ｓ：Ｅｕ２＋などのＥｕ２＋ドープ硫化物；（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）Ｓｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ２＋などのＥｕ２＋ドープＳｉＯＮｓ；例えば、系列ＬｉｘＭｙＬｎｚＳｉ１２−（ｍ＋ｎ）Ａｌ（ｍ＋ｎ）ＯｎＮ１６−ｎからのＳｉＡｌＯＮｓ；系列Ｓｉ６−ｘＡｌｚＯｙＮ８−ｙ：ＲＥｚ、式中、ＲＥ  ＝希土類金属、からのβ−ＳｉＡｌＯＮｓ；ＡＥ２−×−ａＲＥｘＥｕａＳｉＯ４−ｘＮｘまたはＡＥ２−ｘ−ａＲＥｘＥｕａＳｉ１−ｙＯ４−ｘ−２ｙＮＸ、式中、ＲＥ＝希土類金属およびＡＥ＝アルカリ土類金属など、または（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｍｇ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋などのニトリドオルトシリケート；Ｃａ８Ｍｇ（ＳｉＯ４）４Ｃｌ２：Ｅｕ２＋などのクロロシリケート；（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ２＋などのクロロホスフェート；ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋などのＢａＯ−ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３系からのＢＡＭ蛍光体；Ｍ５（ＰＯ４）３（Ｃｌ，Ｆ）：（Ｅｕ２＋，Ｓｂ２＋，Ｍｎ２＋）などのハロホスフェート；（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ２＋などのＳＣＡＰ蛍光体。さらに、いわゆる量子ドットも変換体材料として導入することができる。ＩＩ族−ＶＩ族化合物および／またはＩＩＩ族−Ｖ族化合物および／またはＩＶ族−ＶＩ族化合物および／または金属ナノ結晶を含有するナノ結晶材料の形の量子ドットが好ましい。
【００４９】
少なくとも１つの実施形態によれば、ルミネセンス要素は、保護カバーの光出射面の上に直接配置される。光出射面は、ルミネセンス要素によって全体的に、または部分的にだけ覆われ得る。この点で、直接とは、ルミネセンス要素が光出射面に触れるか、または光出射面とルミネセンス要素との間にルミネセンス要素を取り付けるための接続手段だけが配置されていることを意味する。ルミネセンス要素と光出射面との間の距離は、好ましくは、多くとも１０μｍまたは５μｍまたは２μｍである。
【００５０】
さらに、半導体レーザなどのオプトエレクトロニクス半導体部品のための製造方法が提供される。従って、本半導体レーザに関連して上記に記載したレーザダイオード、キャリア、保護カバー、ルミネセンス要素、粗面化部、反射防止コーティング、触媒コーティングおよび／または接着防止コーティングに関する特徴は、製造方法に関しても開示され、その逆も成立する。
【００５１】
少なくとも１つの実施形態において、本オプトエレクトロニクス半導体部品のための製造方法は、
−放射を発生するための活性領域と放射出口領域とを有するオプトエレクトロニクス半導体チップを提供するステップと、
−続いて、放射出口領域において保護カバーを直接製造するステップであって、保護カバーは、好ましくは、ガラスでできており、ホットスタンプ法を用いて製造され、半導体部品は、通常雰囲気中で追加の気密封止なく動作するように設計されるステップと、
を含む。
【００５２】
特に、半導体チップは、発光ダイオードチップ、略してＬＥＤチップに代わるものとしての、上記で説明したレーザダイオードである。半導体チップは、好ましくは、キャリアに実装される。保護カバーは、放射、特にレーザ放射を平行にするためのレンズであってよい。
【００５３】
本方法の少なくとも１つの実施形態によると、防護カバーは、好ましくは多くとも１５°または５°の公差でファセットに平行に延びるキャリアの側面と直接接触する。ファセットは、保護カバーによって全体的に覆われてもよく、キャリアの側面は、部分的にまたは全体的に保護カバーによって覆われる。
【００５４】
本明細書に記載される半導体レーザおよび本明細書に記載される製造方法は、例示的な実施形態に基づき、図面を参照して、さらに詳細に記載される。個々の図において同一の参照符号は、同一の要素を示す。しかし、図面において真の比例関係は示されず、個々の要素は、理解を深めるために誇張された様式で例示されている。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１Ａ】本明細書に記載される半導体レーザの例示的な実施形態の概略断面図を示す。
【図１Ｂ】本明細書に記載される半導体レーザの実施形態のファセットの概略平面図を示す。
【図２】本明細書に記載される半導体レーザの例示的な実施形態の概略断面図を示す。
【図３】本明細書に記載される半導体レーザの例示的な実施形態の概略断面図を示す。
【図４】本明細書に記載される半導体レーザの例示的な実施形態の概略断面図を示す。
【図５】本明細書に記載される半導体レーザの例示的な実施形態の概略断面図を示す。
【図６】本明細書に記載される半導体レーザの例示的な実施形態の概略断面図を示す。
【図７】本明細書に記載される半導体レーザの例示的な実施形態の概略断面図を示す。
【図８】本明細書に記載される半導体レーザの例示的な実施形態の概略断面図を示す。
【図９】本明細書に記載される半導体レーザの例示的な実施形態の概略断面図を示す。
【図１０】本明細書に記載される半導体レーザの例示的な実施形態の概略断面図を示す。
【図１１】本明細書に記載される半導体レーザおよびオプトエレクトロニクス半導体部品を製造するための方法ステップの概略断面図を示す。
【図１２】本明細書に記載される半導体レーザおよびオプトエレクトロニクス半導体部品を製造するための方法ステップの概略断面図を示す。
【図１３】本明細書に記載される半導体レーザの例示的な実施形態の概略断面図を示す。
【図１４】本明細書に記載される半導体レーザの例示的な実施形態の概略断面図を示す。
【図１５】本明細書に記載される半導体レーザの例示的な実施形態の概略断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
図１Ａは、半導体レーザ１の例示的な実施形態の断面図を示し、図１Ｂは、平面図を示す。半導体レーザ１は、好ましくは、ヒートシンク１１に実装され、ヒートシンク１１と一緒に装置１０を形成する。装置１０は、通常環境空気１２中に配置される。従って、装置１０は、環境空気１２に対して、それ以上封止されることも気密に密封されることもない。
【００５７】
半導体レーザ１は、キャリア２、特にいわゆるサブマウントを含む。キャリア２には、レーザ放射Ｌを発生するためのレーザダイオード３が配置される。レーザ放射は、例えば、青色光である。この目的で、レーザダイオード３は、活性領域３３を有する。レーザ放射Ｌは、活性領域３３の放射出口領域３１において放出される。レーザダイオード３の好ましくは平面のファセット３０は、活性領域３３に対してほぼ垂直に配向している。
【００５８】
ファセット３０およびキャリア２の側面２０には、接着剤５があり、これを用いて保護カバーが固定されている。保護カバーは、レンズ４として、好ましくは球面レンズとして設計され、ファセット３０に面する光入射面４１とファセット３０から遠い光出射面４２とを有する。
【００５９】
例えば、楕円形の放射出口領域３１は、平面図において閉じた経路の中で周りをすべて接着剤５によって囲まれている。図１Ｂ参照。この場合、図１Ｂにおいて、例示を単純化するために、レンズ４は図示せず、保護カバー４は、すべての他の例示的な実施形態においても可能であると同じく、接着剤５の外側輪郭と一致して閉じることができる。
【００６０】
従って、ファセット３０において、保護カバー４により閉じ込められているキャビティ６が接着剤５によって画定される。キャビティ６は、排気されるかまたは保護ガスで満たされる。放射出口領域３１に面するキャビティ６の側壁６５は、断面図で見ると、キャビティ６が両凸に見えるように湾曲している。図１Ａ参照。
【００６１】
上から見ると、放射出口領域３１は、キャビティ６の中で中央に配置されてよい。図１Ｂ参照。接着剤５は、放射出口領域３１の周りの異なる方向において異なる幅を有してよい。接着剤５は、好ましくは、薄く、それによって、ファセット３０と光入射面４１との間の平均距離は、好ましくは多くとも５μｍである。任意選択として、光入射面４１においてレーザ放射Ｌのための反射防止コーティング４４が配置される。好ましくは、すべての他の例示的な実施形態にも同じことがあてはまる。
【００６２】
接着剤５および保護カバー４と一緒にキャビティ６を用いると、レーザダイオード３は、ファセットに近接した形態で封止される。この封止部は、レーザダイオード３の放射出口領域３１を環境影響および汚染から保護する。従って、封止部は、局所的にレーザファセット３０自体の領域および周囲の実装面に限定される。
【００６３】
ファセット３０の領域において、封止部は、キャビティ６を形成する。こうして形成されたキャビティ６は、環境影響に対して気密封止される。任意選択の保護ガスまたはガス混合物は、例えば、Ｈ２、Ｈｅ、Ｎ２、Ｈｅ／Ｏ２である。保護カバー４のアセンブリ時に、放射出口領域３１は、接着剤５の間隙分だけ後退する。従って、保護カバー４および接着剤５から形成された封止部要素と放射出口領域３１との間には、アセンブリ時にも半導体レーザ１の動作時にも物理的接触がない。
【００６４】
ファセットに近い封止部ならびにキャビティ６と保護カバー４との間の屈折率の飛躍に起因して、放出されたレーザ放射Ｌのレーザダイオード３の共振器への潜在的に後方への反射が起り、共振器の撹乱につながり得る。この相互作用を抑えるために、特に、そのような相互作用の代替的または追加的な防止可能策のための反射防止コーティング４４が設けられる。以下の図２および図３も参照。
【００６５】
キャビティ６を製造するために、例えば、ガラスでできている環構造体がレーザダイオード３およびキャリア２、または代りに、保護カバー４、特に、光入射面４１に施用される。保護カバー４に接合するために、キャリア２およびレーザダイオード３は、好ましくは、必要な加工温度にされる。接合は、温度および、好ましくは、圧力の作用下で行われる。
【００６６】
さらに、接着剤５を形成するガラススポンジを保護カバー４に施用することが可能である。この目的で、印刷法または分注法などのプロセスによってガラス粉体／バインダ混合物が保護カバー４に施用される。ネック形成とも呼ばれる下流の温度処理によって、バインダが除去され、ガラス粉体が焼結される。こうして調製した保護カバー４は、次に、温度および、任意選択として、圧力を用いてキャリア２およびレーザダイオード３の構造体に施用される。
【００６７】
あるいは、化学プロセスによって接着剤５のためのガラススポンジを製造してよい。この目的で、例えば、特に適応させたガラスの環構造体が保護カバー４に施用される。ガラスは、微視的規模での標的型の温度貯蔵によって、好ましくは２つ以上の相に偏析する。相の１つを湿式化学的に残るマトリックスから溶出させることができる。上記のように、こうして形成されたスポンジ状構造体をキャリア２および／またはレーザダイオード３に、あるいは保護カバー４にも実装することができる。接合は、しかるべく行われる。
【００６８】
さらに、特に、保護カバー４ならびにキャリア２とレーザダイオード３との複合体に構造化メタライゼーションを施用することが可能である。接合のために金属接合要素が取り付けられる。接合要素は、例えば、ハンダ、金属スポンジまたは前もって製造された金属リングである。接合は、温度、および任意選択として、圧力の作用下で行われる。
【００６９】
放射出口領域３１の領域中にマイクロキャビティ６を形成することによって、放射出口領域３１と保護カバー４との間に機械的接触がない。チップに近いこの封止を用いると、いわゆるＴＯハウジングと比較して顕著な小型化を実現することができる。
【００７０】
図２の例示的な実施形態において、保護カバー４は、レーザダイオード３に対して傾いた様相で施用される。光入射面４１とファセット３０との間の角度は、例えば、１０°である。
【００７１】
光入射面４１がこの場合は平面であり、光出射面４２が半球である保護カバー４の直径は、例えば、０．２ｍｍ以上から０．８ｍｍ以下の間、特に０．４ｍｍ前後である。すべての他の例示的な実施形態に同じことがあてはまる。
【００７２】
それ以外の点において、図２の例示的な実施形態は、好ましくは、図１のものに対応する。
【００７３】
反射したレーザ放射Ｌの影響を防ぐために、図３の例示的な実施形態の保護カバー４の光入射面４１には粗面化部４３がある。粗面化部４３は、規則的な設計であっても不規則的な設計であってもよい。粗面化部４３は、光入射面４１全体にわたって延在してもよく、キャビティ６に割り当てられている保護カバー４の中心領域に限定されてもよい。粗面化部４３の平均構造サイズは、好ましくは、少なくとも０．２μｍおよび／または多くとも３μｍである。
【００７４】
レーザダイオード３の共振器に対する後方反射したレーザ放射Ｌによる影響を防ぐための可能な策も図４から図８と関連して説明される。
【００７５】
図４左側において、ファセット３０に平行に後方反射したレーザ放射Ｒは、レーザダイオード３の共振器に届くことができることが示される。これは、レーザダイオード３に対する保護カバー４の傾いた配置によって防止される。図４右側参照。ファセット３０と光入射面４１との間の角度は、好ましくは５°以上から１５°以下の間である。
【００７６】
図５は、図５の左側で起こる後方反射Ｒが、図５の右側では反射防止コーティング４４によって防止されることを例示する。反射防止コーティング４４は、例えば、図５に概略的にしか示さない、屈折率の高い層と屈折率の低い層との交互配列によって形成される。反射防止コーティング４４は、光入射面４１と光出射面４２との両方に取り付けることができ、従って保護カバー４の実際の躯体を完全に囲むことができる。図１の実施形態においても同じことが可能である。
【００７７】
図４および図５において同じく、接着剤５は、図１から図３の場合と異なり、放射出口領域３１を完全に覆う。従って、キャビティが形成されない。接着剤５は、従って、好ましくは、レーザ放射Ｌに対して、特にガラスから、またはガラス混合物から透過性であるように形成される。接着剤５は、従って、すべての他の例示的な実施形態において可能であると同様に、無機成分である。
【００７８】
図６は、粗面化部４３が図３と同様に光入射面４１に存在することを示す。粗面化部４３は、図３および図６の図示から逸脱して、光入射面４１を部分的にのみ覆うこともできる。図３を参照し、図１も参照する説明は、キャビティの省略を除いて、図６に対応してあてはまる。
【００７９】
すべての他の例示的な実施形態におけると同じように、保護カバー４が、断面図に見られるように、光入射面４１と光出射面４２との間の側面がまっすぐであることが可能である。側面は、例えば、円筒形の側面を表す。
【００８０】
図７において、光入射面４１が、撹乱する後方反射を防ぐように特に設計されることが示される。この目的で、保護カバー４の形は、断面図で見ると、ほぼ両凸である。光入射面４１の最大のふくらみの領域は、活性領域３３に対して、従って放射出口領域３１に対してずらされ、それによって、光入射面４１は、放射出口領域３１においてファセット３０と平行に配向しない。
【００８１】
図８の例示的な実施形態において、接着剤５は、屈折率適合層４７として設計される。従って、接着剤５と保護カバー４との間に一点鎖線によって象徴される屈折率の飛躍がないか、またはあまりない。それ以外の点は、ここまでの例示的な実施形態に関する記載が対応してあてはまる。
【００８２】
ここまでの図において、各々の場合に、レーザダイオード３の共振器への後方反射を防ぐための手段は、１つしか描かれていない。これらの手段を組合せても行い得る。例えば、粗面化部４３または湾曲型光入射面４１を光入射面４１の傾斜配置と組合せてよい。各々の場合に反射防止コーティング４４も存在し得る。例示的な実施形態、特に図５から図７のものにおいて、屈折率適合層４７も用いてよい。
【００８３】
特に、図８の設計において、接着剤５および保護カバー４が同じまたは非常に類似した材料であることも可能である。しかし、接着剤５の加工温度は、好ましくは、保護カバー４のものより低い。
【００８４】
ファセットに近い封止の場合に保護カバー４とレーザダイオード３の共振器との間の光相互作用を低下させるかまたはなくすことによって、設計における追加の自由度が実現される。特に、小型化設計が維持される。
【００８５】
図９の例示的な実施形態において、すべての他の例示的な実施形態においても当てはめてもよいように、レーザダイオード３は、ボンディングワイヤ１３を介してヒートシンク１１に接続されることが示される。すべての他の例示的な実施形態においても可能であるように、接着剤５は、ヒートシンク１１まで届くことができ、この場合、キャリア２から距離をおいて延在してもよく、あるいは、キャリア２がレーザダイオード３に集積化される。
【００８６】
レーザ放射Ｌが放出される、環境空気１２にアクセス可能な境界面は、ファセットに近い所で用いられる保護カバー４によって顕著に増加する。その結果、光ピンセットなどの効果は、低下し、界面、すなわち、光出射面４２におけるレーザ放射Ｌの強度は、低下する。
【００８７】
それ以外の点は、図１から図８に関する記載が対応して図９にあてはまる。
【００８８】
図１０において、光出射面４２は、好ましくは、光触媒コーティング４５および／または接着防止コーティング４６によって完全に覆われることが示される。光触媒コーティング４５は、例えば、薄い白金層または二酸化チタン層である。そのようなコーティング４５を用いると、保護カバー４の光出射面４２上の汚染物質の堆積と潜在的な堆積物の分解との熱力学的平衡を、半導体レーザ１の動作期間にわたって堆積物の蓄積が確実に減るように移行させることができる。
【００８９】
接着防止コーティング４６を施用することによって、光出射面４２において不純物の蓄積は起こらないか、またはあまり起こらず、不純物の焼き付きも起こらないということが可能である。接着防止コーティング４６は、好ましくは、レーザ放射Ｌに対して透明である。接着防止コーティング４６は、例えば、ポリテトラフルオロエチレンなどのフルオロポリマーによって形成される。接着防止コーティング４６のための他の可能な材料は、ペリレンＨＴなどのペリレン誘導体またはチオール−Ｒ−Ｄ−Ｈなどの硫黄化合物またはカーボンナノチューブの層状構造体である。
【００９０】
例えば、図９または１０の半導体部品は、好ましくは、接着法によって保護カバー４を適当な接着剤５で結合し、任意選択として、後続の加熱プロセスおよび／またはベーキングプロセスを用いて製造される。純度が非常に高く炭化水素含有率が低いシリコーン系接着剤が保護カバー４を接着させるために適している。そのような接着剤５の中に存在するあらゆる揮発性添加物は、任意選択として、特に１８０℃から３００℃の範囲の温度貯蔵によって放出される。残存炭化水素は、今度は、任意選択として、レーザ放射Ｌの出力および環境温度に関して定められる条件に基づくベーキングプロセスによって追い出される。
【００９１】
あるいは、ガラスを接着剤５として用いて保護カバー４を接着することが可能である。この場合、好ましくは、中融点ガラスが用いられる。ガラスは、接合される２つの表面の一方に、または両方の表面に施用される。ガラスは、好ましくは、３００℃から４５０℃の温度範囲において液体分散によって施用される。そのような分注法の後、保護カバー４は、例えば、ピックアンドプレイスとも呼ばれるグリッピングプロセスを用いて、レーザダイオード３のファセット３０に実装される。
【００９２】
図１１は、オプトエレクトロニクス半導体部品１、図１１によって製造される半導体レーザ１のための製造方法を示す。この場合、図１から図１０に関連して用いた接着剤５をまったくなしですませ、それでも放射出口領域３１の気密封止を確保することが可能である。
【００９３】
この目的で、図１１Ａを参照し、原料４８、好ましくは、ファセット３０および／またはキャリア２の側面２０にガラスが、特に液体状態で分注法を用いて、施用される。あるいは、スリップとも呼ばれるガラス粉体が施用され、ガラス粉体は、好ましくは、バインダ溶液で施用される。施用は、分注法、噴霧法、印刷法または噴射法によって行ってよく、好ましくは、続いて脱バインダおよび締固めのために温度貯蔵工程を行う。
【００９４】
あるいは、ガラスビーズが入れられ、続いて、レーザ融解プロセスとも呼ばれる、レーザ溶接プロセスと同様な取り付けのための標的型局所温度処理が行われる。レーザ融解の場合、ガラスの滴の形は、ビームプロファイル中のエネルギー密度分布の標的型調整、例えば、正規プロファイルまたはいわゆるトップハットプロファイルによる局所融解の影響を受ける可能性がある。
【００９５】
適当なガラス組成物の例は、特に、光学ガラス、特にガラス転移点が低く４００℃を超えないガラス、またはガラス転移点が非常に低く３００℃未満のガラスの群からである。そのようなガラスは、好ましくは、酸化テルルＴｅ２Ｏ５、三酸化ホウ素Ｂ２Ｏ３、シリカＳｉＯ２、または酸化ビスマスＢｉ２Ｏ３のようなガラス形成体に基づく。適当なガラス組成物は、好ましくは、ネットワーク中断材、例えばＺｎＯおよび／またはＣａＯの割合が高い。そのようなガラス組成物を安定させるため、または結晶化する傾向を低く保つために、酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３を任意選択として加えてよい。
【００９６】
そのようなガラスは、特に図１から図３の接着剤５、ならびに、例えば、図４から図８の接着剤５のためにも用いることができる。
【００９７】
あるいは、または加えて、接着剤５を施用したレーザダイオード３および／またはキャリア２の加熱は、特に、ガラスの温度がエンボス法による整形のために十分低い粘度になるまで行われる。好ましくは、図１１Ｂを参照し、加熱することができるホットスタンプ用ツール４９を用いるエンボス法プロセスは、好ましくは、１０４ｄＰａ・ｓから１０８ｄＰａ・ｓの範囲、好ましくは１０４ｄＰａ・ｓから１０５ｄＰａ・ｓの範囲の接着剤５の粘度で行われる。
【００９８】
スタンプ用ツール４９は、例えば、白金、金、白金−金合金またはグラファイトでできている。さらに、硬質金属のツール４９が適している。これらのものの例は、特にコバルトのマトリックス中の炭化タングステンまたは炭化チタンである。
【００９９】
ホットスタンプ用ツール４９は、接着剤５の接着を防ぐコーティングを有し得る。そのようなコーティングは、例えば、ＴｉＮ、ＡｌＮおよび／またはＴｉＡｌＮである。好ましくは、低い表面粗さ、例えば、粗さＲａが多くとも１００ｎｍであるエンボス用ツール４９が用いられる。この目的で、特に、表面被覆されるか、または表面締固めされたグラファイトが適している。
【０１００】
施用された保護カバー４は、標的型光線整形のために用いることができる。あるいは、保護カバー４は、屈折光学部品として、回折光学部品として、または両方の組合せとして設計することもできる。光出力を増すための構造として保護カバー４の光学的に有効な構造を設計することができる。図１２も参照。
【０１０１】
図１１Ｃに仕上げられた半導体部品１が例示される。この場合、ファセット３０全体およびキャリア２の側面２０全体が保護カバー４によって覆われることが可能である。
【０１０２】
図１２の方法において、オプトエレクトロニクス半導体チップ３は、ＬＥＤチップであり、好ましくは、集積化されたキャリア２、または代りに図示していない別々のキャリアを有する。任意選択として、半導体チップ３は、接続手段１４、例えば接着点またはハンダ点を介して、キャリア１１に取り付けられる。図１２Ａを参照すると、原料４８が保護カバー４に施用される。
【０１０３】
続いて、図１２Ｂを参照し、エンボス用ツール４９を用いてエンボス法が行われ、それによって、図１２Ｃに例示されるように、例えば、光出力を向上させる保護カバー４が得られる。このように光出射面４２において粗面化部４３を含む保護カバー４が形成される。この目的で、保護カバー４の屈折率は、例えば、屈折率差が多くとも０．３である、半導体チップ３と同様であってよく、その結果、高屈折率原料４８を保護カバー４のために用いることができる。
【０１０４】
図１３の例示的な実施形態において、保護カバー４は、レンズとしてではなく面平行な円板として設計される。ファセット３０は、部分的にしか接着剤５によって覆われず、側面２０と同一平面で終端する。すべての他の例示的な実施形態において同じことが可能である。
【０１０５】
図１４によると、例えば、面平行セラミックプレートの形のルミネセンス要素７が保護カバー４に取り付けられる。接続手段１４、例えば、特に、厚さが０．２μｍから３μｍの間である薄いシリコーン接着剤の層だけが、例えば、面平行保護カバー４とルミネセンス要素７との間に配置される。
【０１０６】
波長変換のための少なくとも１種類の蛍光体は、動作時に発生するレーザ放射Ｌがルミネセンス要素７に衝突するルミネセンス要素７の領域に限定することができる。任意選択として、レーザダイオード３に面するルミネセンス要素７の入射面７２に、レーザ放射Ｌについては透明であるが、ルミネセンス要素７の中で発生する放射を反射する二色性コーティング７３が配置される。
【０１０７】
さらに、キャリア２が側面３０より上に突き出ることが可能である。従って、保護カバー４は、キャリアとは反対側を向いてよく、キャリア２に対して斜めになってよい。すべての他の例示的な実施形態において同じことをあてはめてよい。
【０１０８】
同様に、図１５の例示的な実施形態において、ルミネセンス要素７が存在する。この場合、ルミネセンス要素７は、直接、特に、光出射面４２の表面全体の上に、好ましくは、一定の変化しない厚さで施用される。
【０１０９】
そのようなルミネセンス要素７も、図１４および図１５において説明したように、すべての他の例示的な実施形態において、好ましくは二色性コーティング７３と一緒に存在してよい。
【０１１０】
図１３から図１５の構成において、レーザダイオード３の共振器への後方反射を防ぐための手段も、図１から図８における構成と同じように、個々に、または互いに組合されて取られてよい。
【０１１１】
特に断らない限り、図に示す構成要素は、それぞれの場合に指定された順番で直接、互いの後に続く。図において接触していない層は、好ましくは、互いに離間している。線が互いに平行に描かれている場合、対応する表面は、好ましくは、同様に互いに平行に配向している。同様に、特に断らない限り、図示された構成要素の互いに対する相対的な位置は、図において正しく再現される。
【０１１２】
本明細書に記載される発明は、例示的な実施形態を参照する明細書によって限定されない。本発明は、詳しくは、請求項にある特徴のあらゆる組合せを含む、各々の新規な特徴ならびに特徴のあらゆる組合せを、たとえこの特徴または組合せそれ自体は、請求項または実施形態に明示的に挙げられていないとしても、含む。
【０１１３】
本特許出願は、独国特許出願第１０  ２０１７  １２３  ７９８．４号の優先権を主張し、ここでその開示内容は参照により援用される。
【符号の説明】
【０１１４】
１    半導体レーザおよびオプトエレクトロニクス半導体部品
２    キャリア
２０  キャリア側面
３    レーザダイオードおよびオプトエレクトロニクス半導体チップ
３０  ファセット
３１  放射出口領域
３３  活性領域
４    保護カバー／レンズ
４１  光入射面
４２  光出射面
４３  粗面化部
４４  反射防止コーティング
４５  光触媒コーティング
４６  接着防止コーティング
４７  屈折率適合層
４８  レンズ原料
４９  ホットスタンプ用ツール
５    接着剤
６    キャビティ
６５  キャビティの側壁
７    ルミネセンス要素
７２  入射面
７３  二色性コーティング
１０  装置
１１  ヒートシンク
１２  環境空気
１３  ボンディングワイヤ
１４  接続手段
Ｌ    レーザ放射
Ｒ    ファセットと光入射面との間のレンズ角度で反射されるレーザ放射
【図１Ａ】
2020537337.tif 000003
【図１Ｂ】
2020537337.tif 000004
【図２】
2020537337.tif 000005
【図３】
2020537337.tif 000006
【図４】
2020537337.tif 000007
【図５】
2020537337.tif 000008
【図６】
2020537337.tif 000009
【図７】
2020537337.tif 000010
【図８】
2020537337.tif 000011
【図９】
2020537337.tif 000012
【図１０】
2020537337.tif 000013
【図１１】
2020537337.tif 000014
【図１２】
2020537337.tif 000015
【図１３】
2020537337.tif 000016
【図１４】
2020537337.tif 000017
【図１５】
2020537337.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】令和2年5月28日(2020.5.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリア（２）と、
前記キャリア（２）に実装され、レーザ放射（Ｌ）を発生するための活性領域（３３）を有し、放射出口領域（３１）を有するファセット（３０）を有する端面発光型レーザダイオード（３）と、
保護カバー（４）と、
前記保護カバー（４）が、前記ファセット（３０）におよび前記キャリア（２）の側面（２０）に固定される接着剤（５）と、
を含む半導体レーザ（１）であって、
前記保護カバー（４）の光入射面（４１）と前記ファセット（３０）との間の平均距離は、多くとも１５μｍであり、
前記半導体レーザ（１）は、通常雰囲気中で追加の気密封止なしで動作するように構成される、
半導体レーザ（１）。
【請求項２】
前記光入射面（４１）全体が前記接着剤（５）によって覆われ、
前記レーザ放射（Ｌ）の最大強度の波長および３００Ｋにおける前記保護カバー（４）と前記接着剤（５）との間の屈折率差は、多くとも０．１である、
請求項１に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項３】
前記保護カバー（４）はビーム偏向用のプリズムである、
請求項１または２に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項４】
前記保護カバー（４）は、前記レーザ放射（Ｌ）のコリメーションのためのレンズであり、前記ファセット（３０）からの最小距離は、０．１μｍであり、
前記ファセット（３０）上の前記活性領域（３３）の領域にキャビティ（６）が形成され、前記キャビティ（６）は、前記ファセット（３０）の平面図で見ると、前記接着剤（５）によって周りをすべて囲まれ、それによって、前記レーザ放射（Ｌ）が前記レーザダイオード（３）を離れる前記放射出口領域（３１）は、接着剤（５）を含まない、
請求項１に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項５】
前記キャビティ（６）は、排気されるかまたは少なくとも１種類の保護ガスで満たされ、
前記キャビティ（６）の平均直径は、前記ファセット（３０）の平面図で見ると、３μｍ以上から１００μｍ以下の間であり、前記キャビティ（６）の厚さは、０．５μｍ以上から２０μｍ以下の間であり、
前記ファセット（３０）の平面図で見ると、前記キャビティ（６）の周りの前記接着剤（５）の幅は、前記キャビティ（６）の前記平均直径の少なくとも１５０％であり、少なくとも３０μｍでもある、
請求項４に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項６】
前記キャビティ（６）は、前記キャビティ（６）が、前記ファセット（３０）に垂直な断面で見ると前記放射出口領域（３１）において両凸の形を有するように前記接着剤（５）の方へ湾曲した側壁（６５）を有し、
前記レーザ放射（Ｌ）は、前記接着剤（５）から前記光入射面（４１）の方へ距離をおいて通る、
請求項４または５に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項７】
前記接着剤（５）は、前記光入射面（４１）、前記側面（２０）および前記放射出口領域（３１）全体を直接覆い、前記保護カバー（４）は、レーザ放射（Ｌ）のコリメーションのためのレンズであり、
前記光入射面（４１）と前記ファセット（３０）との間の平均距離は、０．２μｍ以上から１５μｍ以下の間である、
請求項１に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項８】
前記保護カバー（４）は、以下の材料：サファイヤ、ＳｉＣの少なくとも１種類を有するか、またはこれらの材料の少なくとも１種類からなり、
前記レーザ放射（Ｌ）の最大強度の波長は、３６５ｎｍ以上から５３０ｎｍ以下の間である、
請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項９】
前記接着剤（５）は、無機物であり、少なくとも一種類の金属および／または少なくとも一種類のガラスを含むか、あるいは少なくとも一種類の金属および／または少なくとも一種類のガラスからなる、請求項１から８のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項１０】
前記接着剤（５）は、低有機シリコーン、シラザンおよび／またはシロキサンを含むか、または低有機シリコーン、シラザンおよび／またはシロキサンからなる、請求項１から８のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項１１】
前記光入射面（４１）は、前記光入射面が、反射したレーザ放射（Ｌ）を拡散させるように構成され、前記反射したレーザ放射（Ｌ）が、前記放射出口領域（３１）に届かないかまたは減衰されてしか届かないように、および／または前記レーザダイオード（３）の共振器が、前記反射したレーザ放射（Ｌ）によって撹乱されないように、粗面化部（４３）を設けられる、請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項１２】
平面形状の前記光入射面（４１）は、前記光入射面（４１）において反射したレーザ放射（Ｌ）が、前記放射出口領域（３１）から遠ざけられるように、および／または前記レーザダイオード（３）の共振器が前記反射したレーザ放射（Ｌ）によって撹乱されないままであるように、前記ファセット（３０）に対して斜めに配向し、
前記光入射面（４１）と前記ファセット（３０）との間の角度（α）は、５°以上から２５°以下の間である、
請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項１３】
前記保護カバー（４）は、両凸レンズとして形成され、
前記光入射面（４１）の前記ファセット（３０）の方への最大ふくらみが、前記光入射面（４１）において反射したレーザ放射（Ｌ）が、前記放射出口領域（３１）から遠ざけられるように、および／または前記レーザダイオード（３）の共振器が前記反射したレーザ放射（Ｌ）によって撹乱されないままであるように、前記レーザ放射（Ｌ）の光軸の外側にある、
請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項１４】
少なくとも前記光入射面（４１）は、前記光入射面（４１）が、前記レーザ放射（Ｌ）のために多くとも０．５％の反射率を有するように、および／または前記レーザダイオード（３）の共振器が反射した前記レーザ放射（Ｌ）によって撹乱されないままであるように、前記レーザ放射（Ｌ）のための反射防止コーティング（４４）を設けられる、
請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項１５】
前記ファセット（３０）とは反対側の前記保護カバー（４）の少なくとも１つの光出射面（４２）は、光触媒コーティング（４５）を設けられ、
前記光触媒コーティング（４５）は、前記レーザ放射（Ｌ）を利用して前記光出射面（４２）上の堆積物を除去および／または分解するように構成される、
請求項１から１４のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項１６】
前記ファセットとは反対側の前記保護カバー（４）の少なくとも１つの光出射面（４２）は、接着防止コーティング（４６）を設けられ、
前記接着防止コーティング（４６）は、前記保護カバー（４）の外側における堆積物を防ぐように構成される、
請求項１から１４のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項１７】
前記活性領域（３３）は、前記レーザダイオード（３）の前記キャリア（２）に面する側に配置され、
前記ファセット（３０）は、前記レーザ放射（Ｌ）の通る方向に沿って、前記キャリア（２）を超えて突き出る、
請求項１から１６のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項１８】
前記半導体レーザ（１）が動作時に白色の混合光を放出するように前記レーザ放射（Ｌ）を部分的に変換するためのルミネセンス要素（７）をさらに含み、
前記ルミネセンス要素（７）は、前記光出射面（４２）に直接配置される、
請求項１５または１６に記載の半導体レーザ（１）。
【請求項１９】
オプトエレクトロニクス半導体部品（１）を製造するための方法であって、
放射（Ｌ）を発生するための活性領域（３３）を有し、放射出口領域（３１）を有するオプトエレクトロニクス半導体チップ（３）を提供することと、
続いて、前記放射出口領域（３１）において直接、保護カバー（４）を製造することと、
を含み、
前記保護カバー（４）は、ガラス製であり、ホットスタンプ法を用いて製造され、
前記半導体部品（１）は、通常雰囲気中で追加の気密封止なしで動作するように構成される、
方法。
【請求項２０】
前記オプトエレクトロニクス半導体チップ（３）は、前記放射出口領域（３１）を含むファセット（３０）を有するレーザダイオードであり、
前記保護カバー（４）は、収束レンズであり、前記ファセット（３０）に平行に通るキャリア（２）の側面（２０）に多くとも１５°の公差で直接触れる、
請求項１９に記載の方法。
【国際調査報告】
2020537337.tif 000019
2020537337.tif 000020
2020537337.tif 000021
2020537337.tif 000022