专利名称：在单独衬底上具有外部谐振器的垂直发射光泵浦半导体的制作方法
技术领域：
本发明提供了一种用于制造可光泵浦的半导体装置的方法。
发明内容
要解决的任务在于，提供一种方法，借助该方法可以特别成本低廉地制造半导体 >J-U装直。根据本发明的一种用于制造可光泵浦的半导体装置的方法包括以下步骤-提供包括复数个单支承体区域的支承体复合结构，这些单支承体区域机械上彼此固定相连，-将谐振腔反射器设置到单支承体区域上，-制成各谐振器附件，-提供包括复数个连接支承体的连接支承体复合结构，这些连接支承体机械上彼此固定相连，-在连接支承体复合结构的连接支承体上设置表面发射的半导体本体，以及-在连接支承体上设置谐振器附件。根据该方法的至少一个实施形式，该方法包括其中提供连接支承体复合结构的方法步骤。连接支承体复合结构优选是一种包括复数个连接支承体的实用装置(Nutzen)。这意味着，连接支承体复合结构包括复数个连接支承体，这些连接支承体机械上彼此固定相连。在将连接支承体复合结构分割之后，连接支承体复合结构的每个连接支承体都形成独立的连接支承体。优选的是，连接支承体复合结构包括类似的连接支承体。在将复合结构分割之前，连接支承体复合结构的连接支承体可以彼此导电连接。连接支承体复合结构的连接支承体例如包括基本体，该基本体由电绝缘的、良好导热的材料构成。导电材料构成的印制导线被施加到连接支承体的表面上。例如被施加在连接支承体上的半导体器件可以通过印制导线被电接触。优选的是，连接支承体复合结构的所有连接支承体具有共同的基本体，复合结构的连接支承体通过该基本体彼此机械连接。根据该方法的至少一个实施形式，将表面发射的半导体本体设置到连接支承体复合结构的连接支承体上。优选的是，在连接支承体复合结构的每个连接支承体上都设置有表面发射的半导体本体。特别优选的是，在复合结构的每个连接支承体上设置有恰好一个表面发射的半导体本体。优选的是，表面发射的半导体本体是具有相同或相似物理特性的类似的半导体本体。例如，这些半导体本体可以一同被制造。优选的是，半导体本体具有辐射穿透面，电磁辐射通过该辐射穿透面可以耦合输入到半导体本体中以及从半导体本体中耦合输出。特别地，半导体本体可以通过辐射穿透面被光泵浦。这意味着，通过辐射穿透面耦合输入到半导体本体中的泵浦辐射在半导体本体中激发产生电磁辐射,该电磁辐射接着又通过辐射穿透面离开该半导体本体。半导体本体在此适于在使用设置在外部的(即与半导体本体间隔设置的)谐振腔反射器的情况下产生激光辐射。优选的是，半导体本体被设置在连接支承体上，使得其辐射穿透面偏离连接支承体。特别优选的是，辐射穿透面在此与连接支承体平行地走向。根据该方法的至少一个实施形式，连接支承体复合结构在另一方法步骤中被分割为单个的连接支承体。单个的连接支承体随后成为各可光泵浦的半导体装置的连接支承体。根据用于制造可光泵浦的半导体装置的方法的至少一个实施形式，该方法包括以下步骤首先提供包括复数个连接支承体的连接支承体复合结构,这些连接支承体机械上固定地彼此连接。随后，将表面发射的半导体本体设置在连接支承体复合结构的连接支承 体上。在最后的方法步骤中，例如通过分割连接支承体复合结构来制造各个半导体装置。根据至少一个实施形式，该方法包括另一方法步骤，其中将泵浦辐射源施加在连接支承体复合结构的连接支承体上。泵浦辐射源例如可以包括边发射的半导体激光器或者边发射的半导体激光器条。此外，泵浦辐射源可以包括导热元件，半导体激光器被施加到该导热元件上。优选的是，在复合结构的每个连接支承体上恰好设置有一个泵浦辐射源，该泵浦辐射源适于将设置在相同的连接支承体上的表面发射的半导体本体进行光泵浦。根据至少一个实施形式，在这里所描述的方法的至少一个方法步骤中，将光学元件设置到连接支承体复合结构的连接支承体上，其中该光学元件适于将泵浦辐射偏转到半导体本体的辐射穿透面上。优选的是，在连接支承体复合结构的每个连接支承体上设置有至少一个这样的光学元件。优选的是，该光学元件被如下地设置在连接支承体上使得其适于将泵浦辐射偏转到半导体本体的辐射穿透面上。这意味着，在制成的半导体装置的工作中泵浦辐射从泵浦辐射源并不直接指向半导体本体的辐射穿透面，而是泵浦辐射穿过或者射到至少一个光学元件，该光学元件将泵浦辐射偏转到半导体本体的辐射穿透面上。根据该方法的至少一个实施形式，光学元件适于将泵浦辐射通过光学折射偏转到半导体本体的辐射穿透面上。也就是说，泵浦辐射在穿透光学元件的辐射穿透面时由于光学元件和周围材料(例如空气)的折射率差而被偏转，使得泵浦辐射在穿过光学元件之后对准半导体本体的辐射穿透面。根据该方法的至少一个实施形式，光学元件适于将泵浦辐射通过反射偏转到半导体本体的辐射穿透面上。也就是说，光学元件是一种反射光学元件。优选地，该光学元件适于将泵浦辐射通过一次反射而偏转到半导体本体的辐射穿透面上。也就是说，该光学元件优选并非是其中泵浦辐射通过复数次反射来偏转的光导体。例如，该光学元件是高反射性的镜。在根据该方法制造的半导体装置工作时，泵浦辐射例如至少逐段地首先平行于或者基本上平行于半导体本体的辐射穿透面走向。泵浦辐射例如可以越过半导体本体的辐射穿透面走向。也就是说，泵浦福射首先越过半导体本体走向，而不射到半导体本体上。反射光学元件接着在泵浦辐射的方向上设置在半导体本体之后。泵浦辐射(在其横越半导体本体和由此横越半导体本体的辐射穿透面之后)射到反射光学元件上。泵浦辐射从反射光学元件通过反射被偏转到半导体本体的辐射穿透面上。偏转的泵浦辐射在此可以(至少对于短的路径)在与泵浦辐射的、在泵浦辐射射到反射光学元件之前的方向相反的方向上走向。根据该方法的至少一个实施形式，光学元件被设置为，使得其适于将泵浦辐射朝着半导体本体的安装平面的方向偏转。也就是说，在泵浦辐射射到光学元件之前，泵浦辐射首先在确定的路程段上平行于安装平面走向或者偏离安装平面。在任何情况下，泵浦辐射在该路程段上都在安装平面之上并且优选也在半导体本体的辐射穿透面之上的确定的高度上走向。光学元件适于将泵浦辐射向下(朝着安装平面的方向和由此朝着半导体本体的辐射穿透面的方向)偏转。
根据该方法的至少一个实施形式，半导体本体设置在泵浦辐射源与光学元件之间的半导体本体的安装平面中。也就是说，在泵浦辐射被偏转到半导体本体的辐射穿透面上之前，泵浦辐射从半导体本体之上经过。例如可能的是，泵浦辐射源、半导体本体和光学元件以该顺序沿着直线设置。根据用于制造可光泵浦的半导体装置的方法的至少一个实施形式，在连接支承体复合结构中的连接支承体矩阵状地设置。也就是说，连接支承体复合结构具有多行和多列，其中连接支承体复合结构的每个连接支承体都形成一个矩阵元。也就是说，复合结构的每个连接支承体都一对一地分配有确定的行号和列号。连接支承体复合结构的矩阵状的结构例如以特别简单的方式允许复数个元件在复合结构中同时设置到连接支承体复合结构上，并且由此设置到复合结构的各单个的连接支承体上。于是，根据该方法的至少一个实施形式，相同的元件在复合结构中被施加到连接支承体复合结构上。例如，类似的元件可以是光学元件。光学元件例如可以构建为带状的复合结构。例如，每个复合结构都包括复数个光学元件，该数量可以对应于连接支承体复合结构的列的数目。优选的是，在连接支承体复合结构的至少两行中设置了相似元件的这种复合结构。特别优选的是，在连接支承体复合结构的每行中都设置了相似元件的这种复合结构。也就是说，在复合结构的每个连接支承体上于是都有相同数目的元件，例如分别恰好有一个这种元件。在此，连接支承体复合结构的各行的装配可以顺序地或者同时地进行。根据至少一个实施形式，连接支承体复合结构具有至少两个主校准标记。连接支承体复合结构上的主校准标记用于例如在装配自动装置中借助图像处理系统将连接支承体复合结构定向。于是，可以根据两个主校准标记的位置来计算各个元件在连接支承体复合结构的单个的连接支承体上的至少大致的安置位置。在此“至少大致的”表示，从主校准标记出发，至少可以计算各个连接支承体在复合结构中的位置。在连接支承体本身之上于是可以为图像处理系统设置另外的定向辅助装置，例如辅助校准标记。主校准标记例如可以在连接支承体复合结构的上侧位于连接支承体复合结构的两个对角线对置的角上，其中上述元件也设置在该上侧上。主校准标记可以是连接支承体复合结构的结构化物，或者是校准片，这些校准片在装配连接支承体复合结构之前被固定在连接支承体复合结构上。根据至少一个实施形式，连接支承体复合结构的至少一个连接支承体具有至少一个辅助校准标记。优选的是，复合结构的每个连接支承体都具有至少一个辅助校准标记。特别优选的是，每个连接支承体都具有复数个辅助校准标记。辅助校准标记例如通过安置结构(Ablagestrukturen)来形成,它们标记了各元件在连接支承体上的安置位置。安置结构例如可以是光敏技术结构化的薄层。根据该方法的至少一个实施形式，在一个方法步骤中，将谐振器附件设置在复合结构的连接支承体上。优选的是，在复合结构的每个连接支承体上设置有恰好一个谐振器附件。谐振器附件在此被设置为使得其在半导体本体的主辐射方向上设置在半导体本体的辐射穿透面之后。谐振器附件例如包括第二支承体-其上固定有谐振腔反射器的单支承体。谐振器附件优选在半导体本体的安装平面上平行于或者基本上平行于半导体本体的安装面地设置。例如，在每个连接支承体上设置有间隔元件，谐振器附件设置在这些间隔元件上。间隔元件例如固定在连接支承体上。在间隔元件上固定有谐振器附件。 根据至少一个实施形式，间隔元件是光学元件或者间隔元件由光学元件构成。例如，间隔元件在此可以包括如下光学元件或者由如下光学元件构成该光学元件适于将泵浦辐射偏转到半导体本体的辐射穿透面上。然而，此外也可能的是，半导体装置的间隔元件承担其他光学功能。例如，间隔元件之一可以适于改变泵浦辐射的方向，使得泵浦辐射在穿过间隔元件之后与半导体本体的安装平面偏离。根据该方法的至少一个实施形式，用以下步骤来制造谐振器附件用于设置在连接支承体上首先提供支承体复合结构。支承体复合结构优选包括多个单支承体区域，它们机械上彼此固定连接。根据该方法的至少一个实施形式，在每个单支承体区域上都设置有谐振腔反射器。优选的是，在每个单支承体区域上设置有恰好一个谐振腔反射器。在另一方法步骤中，例如通过将支承体复合结构分割为单支承体来制成谐振器附件。根据该方法的至少一个实施形式，辐射偏转元件设置在支承体复合结构的单支承体区域上。优选的是，辐射偏转元件是偏转镜，该偏转镜对于在谐振器中循环的基本波长的电磁辐射是高反射性的。优选的是，在每个单支承体区域上设置有恰好一个偏转元件。偏转元件例如可以是偏转镜。由半导体本体在工作时发射的电磁辐射首先射到偏转元件上并且从那里射到谐振腔反射器上。激光辐射由谐振腔反射器又被反射到偏转元件上，该偏转元件将辐射通过辐射透射面偏转到半导体本体中。半导体本体例如包括反射层序列，例如布拉格反射器，该反射层序列构成这样形成的激光谐振器的另一谐振腔反射器。根据该方法的至少一个实施形式，单支承体在支承体复合结构中矩阵状地设置。也就是说，支承体复合结构包括多个行和列，其中支承体复合结构的各单支承体区域都形成矩阵元。也就是说，支承体复合结构的每个单支承体都一对一地配有确定的行号和列号。支承体复合结构的矩阵状的构型例如以特别简单的方式允许复数个元件在复合结构中同时设置到支承体复合结构上并且由此设置到各单支承体区域上。这样，根据该方法的至少一个实施形式，相似的元件在复合结构中被施加到支承体复合结构上。例如，相似的元件可以是光学元件，例如谐振腔反射器。光学元件例如可以构建为带状的复合结构。这种带状的复合结构优选包括复数个光学元件，其数目对应于支承体复合结构的列的数目。优选的是，在支承体复合结构的每个行中都设置有相似的元件的这种带状的复合结构，使得在复合结构的每个单支承体区域上都设置有相同数目的这种元件-例如分别恰好一个这种元件。在此，支承体复合结构的各行的装配可以顺序进行或者同时进行。根据该方法的至少一个实施形式，在支承体复合结构的单支承体区域上借助接合固定有至少一个元件。优选的是，在每个单支承体区域上借助接合固定有至少一个元件。例如，这些元件可以借助“直接接合”或者阳极接合来固定。这些元件优选是至少一个以下元件偏转元件、谐振腔反射器、频率转换元件。借助接合也特别可能的是，将设置在支承体复合结构上的元件同时固定。根据该方法的至少一个实施形式，在将元件设置在支承体复合结构上之前，将结构化的金属涂层施加在单支承体区域上。优选的是，在每个单支承体区域上都施加有结构化的金属涂层。金属涂层优选具有电接触部，用于接触金属涂层。优选的是，每个单支承体区域都包括金属涂层，借助该金属涂层可以提高和/或确定在根据该方法所制造的半导体装置中的谐振器附件的温度。优选的是，谐振器附件的温度可以借助金属涂层来提高和确定。金属涂层优选是结构化的金属涂层。例如，金属涂层被曲折状地构建，或者金属涂层具有复数个凹处。金属涂层优选包含至少一种以下金属或者优选由至少一种以下金属构成钼、金。此外，金属涂层优选还具有接触部，借助该接触部可电接触金属涂层。通过对金属涂层馈送电流，可以有目的地提高在制成的半导体装置工作时谐振器附件的温度。通过这样的方式，可以将频率转换元件例如加热到可预先给定的工作温度上。此外，(例如通过测量金属涂层的与温度相关的电阻)可以确定金属涂层的温度，并且由此可以确定谐振器附件和频率转换元件的温度。优选地，金属涂层为此与控制装置相连，该控制装置适于设置和调节金属涂层的可从外部预先给定的温度。控制装置例如可以包括微控制器。该控制装置可以设置在半导体装置的连接支承体上。为此，在用于制造可光泵浦的半导体装置的方法的一个方法步骤中，可以将控制装置设置在连接支承体复合结构的每个连接支承体上。但是，也可能的是，控制装置设置在半导体装置外部，并且导电地与半导体装置相连。根据该方法的至少一个实施形式，每个谐振器附件导电地与连接支承体相连，谐振器附件设置在该连接支承体上。例如，这可以借助连接线来实现，这些连接线将金属涂层的接触部与连接支承体相连。以下参照实施例和附图更为详细地阐述在此所描述的方法以及根据在此所描述的方法所制造的半导体装置。
图IA以示意性剖面图示出了根据第一实施例的、根据这里所描述的方法制造的半导体装置的泵浦单元。图IB以示意性俯视图示出了根据第一实施例的、根据这里所描述的方法制造的半导体装置的泵浦单元。图IC以示意性剖视图示出了根据第二实施例的、根据这里所描述的方法制造的半导体装置。图ID以示意性透视图示出了根据第二实施例的、根据这里所描述的方法制造的半导体装置。图IE以示意性剖面图示出了根据半导体装置的第一或者第二实施例的、根据这里所描述的方法制造的半导体装置的泵浦单元。图IF以示意性俯视图示出了根据第一或者第二实施例的、根据这里所描述的方法制造的半导体装置的泵浦单元。图2A示出了根据第三实施例的、在此所描述的方法制造的半导体装置的泵浦单元的示意性透视图。图2B以第一角度观察的示意性透视图示出了根据这里所描述的方法制造的半导
体装置。图2C示出了以第二角度观察的、根据第三实施例的、根据这里所描述的方法制造的半导体装置。图2D以示意性俯视图示出了根据第三实施例的、根据这里所描述的方法制造的半导体装置。图2E和2F示出了不同的观察方向的、根据第三实施例的、根据这里所描述的方法制造的半导体装置的示意性侧视图。图2G以示意性侧视图示出了在装备无源光学元件之前的、根据第三实施例的、根据这里所描述的方法制造的半导体装置的泵浦单元，图2H示出了关联的示意性俯视图。图3A、3B、3C和3D以示意性俯视图示出了根据在此所描述的方法的一个实施例的谐振器附件40的制造。图3E以示意性侧视图示出了这样制造的谐振器附件40。图3F示出了这样制造的谐振器附件40的示意性俯视图。结合图4A至4D，描述了一种用于制造谐振腔反射器31的制造方法，如其根据在此所描述的方法的一个实施例被使用的那样。图5示出了具有复数个矩阵状设置的连接支承体14的连接支承体复合结构50，如其用于这里所描述的方法的一个实施例那样。图6A示出了具有复数个矩阵状设置的连接支承体14的连接支承体复合结构50的示意性俯视图，如其用于这里所描述的方法的另一实施例那样。图6B示出了连接支承体50的背面的示意性俯视图。图6C示出了连接支承体50的示意性侧视图。图6D示出了连接支承体复合结构50的连接支承体14的示意性俯视图。
具体实施例方式在实施例和附图中，相同或者作用相同的组成部分分别设置有相同的参考标记。 所示的元件并不能视为合乎比例的，更确切地说，为了更好的理解，各个元件可以夸大地示出。图IA以示意性剖面图示出了根据半导体装置的第一实施例的、根据这里所描述的方法制造的半导体装置的泵浦单元。泵浦单元包括连接支承体14。在此所描述的表面发射的半导体激光装置的基本面(即连接支承体14的基本面)优选在30_2至150_2之间。连接支承体14在此处所示的实施例中包括基本体12、下侧金属化物11以及结构化的上侧金属化物13。连接支承体14优选是直接敷铜(DBC)复合材料。基本体12例如由陶瓷材料如AlN构成。基本体12的厚度优选在O. 2mm至O. 5mm之间，特别优选为O. 38mm。上侧金属化物13以及下侧金属化物11例如由铜构成并且具有O. Imm至O. 3mm之间的厚度，优选为O. 2mm。有利地，铜具有每米开尔文大约400瓦的高导热性。通过与AlN基本体12结合，使连接支承体14在其表面上的有效热膨胀系数下降。这有益于具有小的膨胀系数的半导体本体的安装。结构化的上侧金属化物13构成印制导线，通过该印制导线可电接触固定在连接支承体14上的有源半导体器件。对结合图IA所描述的连接支承体14替换地也可能的是，使用包括陶瓷基本体12的连接支承体14，该基本体例如由AlN构成。随后，上侧金属化物13可以被施加到基本体12的上侧。对此，例如借助掩膜将金化物直接结构化到基本体12上(例如借助溅射或者蒸镀)。金层的厚度在此为最大I μ m，优选最大为500nm。这种连接支承体相对于DBC连接支承体特色在于特别平坦的表面。基本体12的厚度在此优选为最大1mm，特别优选为最大
O.7_。金属阻挡层(例如针对焊接材料)_例如可由钼或者NiCr构成或者包含这些材料中的至少一种-可以直接通过蒸镀或者溅射来沉积和结构化到连接支承体14上。表面发射的半导体本体I被施加到连接支承体14上。表面发射的半导体本体I例如被焊接到或者被粘合到连接支承体14上。优选地，表面发射的半导体本体I借助焊接连接固定在连接支承体14上。对此特别合适的是薄层焊料。也就是说，表面发射的半导体本体I借助通过溅射或者蒸镀沉积的焊料来固定。焊料包含以下材料中的至少一种或者优选由以下材料中的至少一种构成AuSn、Sn、SnAg、In、InSn。优选地,焊料层的厚度在Ιμπι至5 μ m之间。表面发射的半导体本体I包括反射层序列和产生辐射的层序列。反射层序列优选是反射金属层、布拉格反射器或者这些反射层的组合。优选地，反射层序列是如下的布拉格反射器该布拉格反射器具有复数个半导体层对，这些半导体层对具有有利地高的折射率差。优选地，布拉格反射器包括20至30个或者更多的半导体层对的序列，由此得到了反射器的99. 9%或者更大的特别高的反射率。有利地，布拉格反射器与半导体本体I的其余半导体层一起外延地制造。布拉格反射器优选设置在半导体本体I的朝着连接支承体14的侧上。半导体本体的产生辐射的层序列包括有源区，该有源区具有pn结和/或单量子阱结构和/或优选地多量子阱结构(特别优选未掺杂的多量子阱结构)，多量子阱结构适于产生辐射。术语量子阱结构在说明书的范围内特别是包括任意的、其中载流子由于限制(confinement)而经历其能量状态的量子化的结构。特别地，名称量子阱结构不包含关于量子化的维数的说明。由此，其尤其是包括量子槽、量子线和量子点，以及这些结构的任意组
口 ο优选地，发射辐射的层序列基于III-V化合物半导体材料。即，发射辐射的层序列包括至少一个由III-V化合物半导体材料构成的层。优选地，发射辐射的层序列基于氮化物-化合物半导体、磷化物-化合物半导体或者特别优选基于砷化物-化合物半导体。“基于氮化物-化合物半导体”在上下文中表示，发射辐射的层序列或者其中的至少一层包括氮化物-V-化合物半导体材料，优选包括AlnGamIni_n_mN，其中O < η < I、O彡m彡I并且n+m彡I。在此，该材料并非一定必须具有按照上面的式子的在数学上精确的组分。更准确地说，它可以具有一种或者多种掺杂材料以及附加的组成成分，它们基本上不改变该AlnGamIn1ImNM料的典型物理特性。然而，出于简单的原因，上面的式子仅仅包含晶格的主要组成成分(Al，Ga，In，N)，即使这些成分还可部分被少量其他材料所代替。“基于磷化物-化合物半导体”在上下文中表示，发射辐射的层序列或者其中的至少一层优选包括AlnGamIni_n_mP，其中O彡η彡1、0彡m彡I并且n+m彡I。在此，该材料并非一定必须具有按照上面的式子的在数学上精确的组分。更准确地说，它可以具有一种或者多种掺杂材料以及附加的组成成分，它们基本上不改变该材料的物理特性。然而，出于简单的原因，上面的式子仅仅包含晶格的主要组成成分(Al，Ga，In，P)，即使这些成分还可部分被少量其他材料所代替。“基于砷化物-化合物半导体”在上下文中表示，发射辐射的层序列或者其中的至少一层优选包括AlfamIr^tmAs,其中0彡]1彡1、0彡111彡1并且n+m ( I。在此,该材料并非一定必须具有按照上面的式子的在数学上精确的组分。更准确地说，它可以具有一种或 者多种掺杂材料以及附加的组成成分，它们基本上不改变该材料的物理特性。然而，出于简单的原因，上面的式子仅仅包含晶格的主要组成成分(Al，Ga，In, As)，即使这些成分还可部分被少量其他材料所代替。这些材料的特色在于可简化实现的高内部量子效率，并且尤其是基于氮化物的化合物半导体材料适于紫外光谱范围的辐射，尤其是基于磷化物的化合物半导体材料适于在可见光的光谱范围的辐射，尤其是基于砷化物的化合物半导体材料适于至红外光谱范围的辐射。优选地，半导体本体的产生辐射的层序列基于砷化物-化合物半导体材料。在红外光谱范围中的辐射，尤其是在800nm至IlOOnm范围中的辐射可以在该材料系中特别有效地产生。例如，支承体包含砷化镓而发射辐射的层序列或者其中的至少一层基于材料系AlnGamlr^tmAs,其中1> O ^ πι ^ I 并且 n+m ^ I。此外，在连接支承体14上设置有泵浦辐射源2。泵浦辐射源2例如包括边发射的半导体激光器以及导热元件2a。导热元件2a优选由导热良好的材料构成，如例如金刚石、氮化铝或者碳化硅，或者包含上述材料中的至少一种。泵浦辐射源2借助连接线2b导电地连接到连接支承体14。优选地，泵浦辐射源2借助焊接连接固定在连接支承体14上。适合于此的尤其是薄层焊料。也就是说，泵浦辐射源2借助通过溅射或者蒸发沉积的焊料来固定。该焊料包含以下材料中的至少一种或者由以下材料中的至少一种构成AuSn、Sn、SnAg、In、InSn。优选地，焊料层的厚度为I μ m到5 μ m。在泵浦辐射源2之后设置有透镜3。透镜3例如用于由泵浦辐射源2发射的泵浦辐射17的快轴准直(FAC)。透镜3对此例如具有非球面弯曲的辐射出射面，并且可以由高折射性的材料如GaP构成。在泵浦辐射源2的主辐射方向上，在透镜3之后设置有另一光学元件4。该光学元件4优选适于将穿透的泵浦辐射折射。例如，光学元件4适于将泵浦辐射17折射离开或者偏转离开连接支承体14。光学元件4优选包含玻璃。在光学元件4之后设置有圆柱形透镜5以及球面透镜6。透镜5、6用于穿透的泵浦辐射的慢轴准直(SAC)和/或快轴准直。例如，这两个透镜5、6也可以被唯一的具有非球面弯曲的辐射穿透面的圆柱透镜代替。泵浦辐射从透镜5、6到达偏转元件7。偏转元件7例如包含玻璃，其中用于泵浦辐射的、朝着表面发射的半导体本体的面被高反射性地涂布。偏转元件7将射到的泵浦辐射偏转到表面发射的半导体本体I的辐射穿透面Ia上，使得泵浦辐射17优选以一锐角射到辐射穿透面Ia上。此外，间隔元件8可以设置在支 承体14上。元件8、4、7可以是以下元件这些元件类似地成形并且由相同的材料构成。因此，它们仅仅通过反射、消除反射或者无涂层构建的表面以及其在连接支承体14上的取向来区分。图IB以示意性俯视图示出了根据第一实施例的、根据这里所描述的方法制造的半导体装置的泵浦单元。如从图IB可看到的那样，在连接支承体14上此外还施加有温度传感器9，该温度传感器例如包括NTC电阻。借助温度传感器9可以确定连接支承体14的平均温度。根据连接支承体14的平均温度，例如可以借助热电冷却器来调整泵浦单元的工作温度，该冷却器例如可以设置在连接支承体14的下侧。优选地，泵浦单元的工作温度在20°C到35°C之间，特别优选为25°C。图IC以示意性剖面图示出了根据第二实施例的、根据这里所描述的方法制造的半导体装置。在此，在表面发射的半导体本体I的主辐射方向上，在泵浦单元之后设置有谐振器附件40。泵浦单元包括连接支承体14，如上面所描述的那样。此外，泵浦单元还包括泵浦辐射源2，在该泵浦辐射源之后设置有FAC透镜3。泵浦辐射从FAC透镜3穿过光学元件4，该光学元件将泵浦辐射17折射离开连接支承体14。随后，泵浦辐射穿过非球面透镜16，该非球面透镜设置用于准直泵浦辐射。泵浦辐射从那里射到偏转元件7，该偏转元件7将泵浦辐射偏转到表面发射的半导体本体I的辐射穿透面Ia上。泵浦辐射17在半导体本体I中激发产生基频的激光辐射18。基频的激光辐射18通过凹处30射入谐振器附件40中，该凹处位于谐振器附件40的支承体34中。激光福射被例如由达夫棱镜(Dove-Prisma)构成的偏转元件33朝着谐振腔反射器31的方向偏转。在激光谐振器中优选设置有光学非线性晶体31，该晶体例如用于穿透的激光辐射的频率倍增。这样产生的、转换过的辐射19中的大部分通过偏转元件33从半导体装置耦合输出。优选地，非线性光学晶体31包括以下晶体中的至少一种三硼酸锂例如LiB3O5 (LBO)、三硼酸铋例如BiB3O6 (BiBO)、磷酸钛氧钾KTiOPO4 (KTP)、同成分的(kongruentes)掺杂氧化镁的银酸锂例如MgO: LiNbO3 (MgO: LN)、化学计量比掺杂氧化镁的铌酸锂例如MgO: S-LiNbO3 (MgO: SLN)、化学计量比掺杂氧化镁的钽酸锂例如MgOiLiTaO3(MgOiSLT)、化学计量的 LiNbO3(SLN)、化学计量的 LiTaO3 (SLT)、RTP (RbTiOPO4)、KTA (KTiOAsO4)、RTA (RbTiOAsO4)、CTA (CsTiOAsO4)。优选地，非线性光学晶体适于使穿透其的辐射频率加倍。此外，在激光谐振器中可以设置有频率选择元件，如校准器(Etalon)或者双折射的滤光器，该频率选择元件使激光器的光谱稳定和有利地使得激光器的窄带工作容易。图ID以示意性透视图示出了根据第二实施例的、根据这里所描述的方法制造的半导体装置。
图IE以示意性剖面图示出了在施加无源光学元件之前的根据第一或者第二实施例的、根据这里所描述的方法制造的半导体装置的泵浦单元。图IF以示意性剖面图示出了根据第一或者第二实施例的、根据这里所描述的方法制造的半导体装置的泵浦单元。如从图IE和IF可看到的那样，连接支承体14具有辅助校准标记15。辅助校准标记15例如是安置结构(Ablagestrukturen),该安置结构实施为光敏技术结构化的薄层。辅助校准标记用作图像处理系统的定向辅助，借助该定向辅助确定了半导体装置的各个元件在连接支承体14上的安置位置。对各个元件的安置精度在此优选为+/-5 μ m至+/-50 μ m。特别优选的是，安置精度为至少+/-10 μ m。
图2A示出了根据第三实施例的、根据这里所描述的方法制造的半导体装置的泵浦单元的示意性透视图。在该实施例中，半导体装置的基本面(即连接支承体14的面)相对于前两个实施例减小大约30%。与结合图IA至IF所描述的实施例相比，泵浦辐射源2、表面发射的半导体本体I以及偏转光学系统7在此并未沿着直线设置。泵浦辐射从泵浦辐射源2首先穿透FAC透镜3。从那里，泵浦辐射穿过光学元件4，该光学元件例如由透射棱镜或者平行六面体构成。接着，泵浦辐射由偏转镜45对准非球面圆柱透镜46，该圆柱透镜进一步准直泵浦辐射。泵浦辐射从那里射到偏转光学系统7上，该偏转光学系统将泵浦辐射偏转到表面发射的半导体本体I的辐射透射面上。图2B以第一角度来看的示意性透视图示出了根据这里所描述的方法制造的半导体装置。图2C以第二角度来看示出了根据第三实施例、根据这里所描述的方法制造的半导体装置。与结合图IA至IF所描述的实施例相比，在第三实施例中的偏转光学系统33并不是由达夫棱镜构成而是由平行六面体构成。图2D以示意性俯视图示出了根据第三实施例的、根据这里所描述的方法制造的半导体装置。图2E和2F示出了在不同的观察方向的根据第三实施例的、根据这里所描述的方法制造的半导体装置的示意性侧视图。如从图2E可看到的那样，在根据第二实施例的半导体装置中没有如下的泵浦辐射射入非线性光学晶体中该泵浦辐射必要时在表面发射的半导体本体I的辐射穿透面Ia上被反射。以这样的方式，可以有利地实现特别稳定的频率转换，因为非线性光学晶体32不会被反射的泵浦辐射17加热。图2G以示意性侧视图示出了在装配无源光学元件之前的根据第三实施例的、根据这里所描述的方法制造的半导体装置的泵浦单元，图2H示出了关联的示意性俯视图。如从图2G和2H中可看到的那样，连接支承体14具有附加校准标记15。也就是说，在连接支承体14中结构化有安置结构15，该安置结构用作对图像处理系统的定向辅助。辅助校准标记15例如是如下的安置结构该安置结构实施为光敏技术结构化的薄层。附加校准标记用作对图像处理系统的定向辅助，借助定向辅助确定了半导体装置的各个元件在连接支承体14上的安置位置。对各个元件的安置精度在此优选为+/-5 μ m至+/-50 μ m之间。特别优选地，安置精度为至少+/-10 μ m。例如，连接支承体14的宽度y在9mm至13mm之间，优选为大约10mm。连接支承体14的长度X优选在9mm至14mm之间，例如为12mm。图3A、3B、3C和3D以示意性俯视图示出了根据在此所描述的方法的一个实施例的谐振器附件40的制造。图3E以示意性侧视图示出了这样制造的谐振器附件40。在图3A中示出了支承体复合结构80，该支承体复合结构包括多个单支承体区域34的矩阵状布置。支承体复合结构80例如由硅晶片构成。例如在此涉及6英寸或者8英寸的硅晶片。每个单支承体区域34都具有凹处30-例如孔。凹处30允许激光辐射穿入谐振器附件40或者从谐振器附件40中穿 出。在下面的方法步骤(参看图3B)中，结构化的金属涂层60被结构化到这些单支承体区域34上。金属涂层60例如由曲折形电路板涂层构成，该电路板涂层可以借助接触部61电接触。在结合图3C描述的方法步骤中，光学元件如偏转镜33、非线性光学晶体34以及谐振腔反射器31设置在这些单支承体区域34上。优选地，光学元件在复合结构(例如作为包括多个谐振腔反射器31的带)中设置在支承体复合结构80上。以这样的方式，光学元件中的每一个都可以同时设置在多个单支承体区域34上。光学元件例如可以被粘合。优选地，光学元件借助接合(例如阳极接合)固定在单支承体区域34上。在最后的方法步骤中，支承体复合结构80可以如在图3D中所示沿着在那里标有的箭头分开。在此，设置在复合结构中的光学元件也可以被分开。这得到多个谐振器附件40。这种谐振器附件例如示意性地示出在图3E中。图3F示出了谐振器附件40的示意性俯视图。优选地，谐振器附件40的长度在c=8mm至c = 12mm之间，例如为c = 10mm。谐振器附件40的宽度优选在d = I. 75mm至d=3mm 之间，例如 d = 2. 15mm。结合图4A至4D描述了用于制造谐振腔反射器31的一种制造方法，如根据在此所描述方法的一个实施例那样。在这种制造方法中例如硅球体被压印到玻璃圆片70中，使得可以产生在阵列中的多个谐振腔反射器31。图4A示出了这样制造的阵列的关联的示意性俯视图。图4B示出了阵列70沿着线72分割。由此，产生在图4C中所示的微镜31的带。这样的微镜的棒例如具有大约IOOmm的长度I。各个微镜31彼此间的距离p为大约2mm。棒的高度h优选为大约2mm,宽度b优选在O. 7mm至2. 5mm之间。微镜的这种棒例如可以施加到在图3A至3D中所示的支承体复合结构80上，并且与支承体复合结构80 —起被分割。然而，也可能的是，这些带在施加到单支承体区域34上之前被分割成单个的谐振腔反射器31。这种谐振腔反射器31在图4D中以俯视图和剖面图示意性示出。图5示出了一种连接支承体复合结构50，该连接支承体复合结构具有多个矩阵形设置的连接支承体14，如其例如用于在此所描述方法的一个实施例那样。连接支承体复合结构50具有主校准标记51，该主校准标记对角线地设置在连接支承体复合结构50的两个角上。主校准标记51例如可以是连接支承体复合结构50的材料的薄层结构化物。此外，还可能的是，主校准标记51是校准片，这些校准片例如可以由硅、玻璃或者陶瓷构成。这些校准片可以具有薄层结构化物。这些主校准标记用于校准在连接支承体复合结构50上的所有元件。连接支承体复合结构50在此形成实用装置。由于在有用装置中的各个元件是一个单元，所以以下安装过程是可能的-将元件作为带在一个步骤中安装并且稍后与有用装置一起分割，-施加棱镜带或者透镜带，-安装被 矩阵形和自校准地置入于抽吸工具(Saugwerkzeug)中的各个部分。由于连接支承体14在连接支承体复合结构50中有规律地矩阵形地设置，所以复数个元件在一个步骤中的连续或者同时设置是可能的。连接支承体复合结构的分割例如可以通过锯或者刻刮和折断来实现。在此，连接支承体复合结构50优选被张紧在框架中的粘合膜上。连接支承体复合结构50优选具有50mmX50mm至200mmX 200mm的大小。它可以是圆形的或者矩形的。优选地，连接支承体上侧的表面粗糙度小于I μ In。这能够实现各个元件在连接支承体上的特别精确的校准。图6A示出了具有多个矩阵形设置的连接支承体14的连接支承体复合结构50的示意性俯视图，如例如用于在此所描述的方法的另一实施例那样。连接支承体复合结构50的长度f例如为IOOmm至120mm之间,优选为110mm。连接支承体复合结构50的宽度e优选在45mm至65mm之间,例如为55mm。连接支承体复合结构50在该实施例中包括11乘4个连接支承体14。图6B示出了连接支承体复合结构50的背面的示意性俯视图。图6C示出了连接支承体复合结构50的示意性侧视图。例如包含氮化铝或者由氮化铝构成的基本体12的宽度j优选在O. 25mm至O. 45mm之间，例如O. 38mm。例如由铜构成的下侧金属化物11的厚度i优选为O. 2mm至O. 4mm之间，例如为O. 3mm。例如由铜构成的结构化的上侧金属化物13的厚度g优选在O. 2mm至O. 3mm之间,例如为O. 25mm。图6D示出了连接支承体复合结构50的连接支承体14的示意性俯视图。连接支承体14具有线接合面163，该线接合面被设计用于借助接合线来电接触在连接支承体14上的部件。此外，连接支承体14具有焊接面164，有源部件可施加到这些焊接面上。此外，连接支承体14还具有焊接停止层165。借助在此所描述的方法制造的半导体装置的特色尤其是在于其特别紧凑的构型。这例如能够实现数毫米的谐振器长度，优选最大为15mm的谐振器长度，特别优选为最大IOmm的谐振器长度。这种小的谐振器长度能够实现在产生激光时特别快速的响应时间，如其例如对光学投影应用是有利的那样。此外，借助在此所描述的方法制造的半导体装置的特色尤其在于，尤其是工作时产生热的部件(如泵浦辐射源和表面发射的半导体本体)在平面安装中施加在具有高导热性能的支承体上。由此可以将工作中产生的热直接导出到支承体上，而不必例如偏转一个确定的角度。此外，泵浦单元与谐振器附件的热去耦能够实现非线性光学晶体的特别稳定的温度。通过这样的方式，例如可以产生在可见光范围中的特别均匀的激光束。根据上述描述可知，本发明的技术方案包括但不限于下列方案I. 一种用于制造可光泵浦的半导体装置的方法，其包括以下步骤-提供包括复数个连接支承体(14)的连接支承体复合结构(50)，这些连接支承体机械上彼此固定相连，-在连接支承体复合结构(50)的连接支承体(14)上设置表面发射的半导体本体(1)，以及-至少部分地制成半导体装置。方案2.根据上一方案所述的方法，包括以下步骤-在连接支承体复合结构(50)的连接支承体(14)上设置泵浦辐射源(2)。方案3.根据上述方案中的至少一个所述的方法，包括以下步骤-在连接支承体复合结构(50)的连接支承体(14)上设置至少一个光学元件(7)，该光学元件适于将泵浦辐射(2)偏转到半导体本体(I)的辐射穿透面(Ia)上。
方案4.根据上述方案中的至少一个所述的方法，其中连接支承体(14)在连接支承体复合结构(50)中矩阵形地设置。方案5.根据上一方案所述的方法，其中类似元件的复合结构被安置到连接支承体复合结构(50)上。方案6.根据上述方案中的至少一个所述的方法，其中连接支承体复合结构(50)具有两个主校准标记(51)。方案7.根据上述方案中的至少一个所述的方法，其中连接支承体复合结构(50)的连接支承体(14)具有至少一个辅助校准标记(15)。方案8.根据上述方案中的至少一个所述的方法，包括以下步骤-在连接支承体(14)上设置谐振器附件(40)。方案9. 一种用于为根据至少一个上述方法所制造的、可光泵浦的半导体装置制造谐振器附件的方法，包括以下步骤-提供包括复数个单支承体区域(34)的支承体复合结构(80)，这些单支承体区域机械上彼此固定相连，-将谐振腔反射器(31)设置到单支承体区域上，以及-制成各谐振器附件(40)。方案10.根据上一方案所述的方法，包括以下步骤-将辐射偏转元件(33)设置到支承体复合结构(80)的单支承体区域(34)上。方案11.根据上述方案中的至少一个所述的方法，其中单支承体区域(34)在支承体复合结构(80)中矩阵形地设置。方案12.根据上一方案所述的方法，其中类似元件的复合结构被安置到支承体复合结构(80)上。方案13.根据上述方案中的至少一个所述的方法，其中借助接合将至少一个元件固定在支承体复合结构(80)的单支承体区域(34)上。方案14.根据上述方案中的至少一个所述的方法，其中结构化的金属层(60)被施加在支承体复合结构(80)的单支承体区域上，该金属层能够被电接触。方案15.根据上述方案中的至少一个所述的方法，其中每个谐振器附件(40)都导电地与关联的连接支承体(14)相连。本发明并非通过借助实施例对本发明的描述而局限于此。更确切地说，本发明包括任意新的特征以及这些特征的任意组合，特别是包含权利要求中的特征的任意组合，即使这些特征或者组合本身没有在权利要求中或者实施例中被明确说明。本专利申请要求德国专利申请102005063103. 7和102006017293. O的优先权，其公开内容通过引用结合 于此。
权利要求
1.一种用于制造可光泵浦的半导体装置的方法，其包括以下步骤 -提供包括复数个单支承体区域(34)的支承体复合结构(80)，这些单支承体区域机械上彼此固定相连， -将谐振腔反射器(31)设置到单支承体区域上， -制成各谐振器附件(40)， -提供包括复数个连接支承体(14)的连接支承体复合结构(50),这些连接支承体机械上彼此固定相连， -在连接支承体复合结构(50)的连接支承体(14)上设置表面发射的半导体本体(1)，以及 -在连接支承体(14)上设置谐振器附件(40)。
2.根据权利要求I所述的方法，包括以下步骤 -在连接支承体复合结构(50)的连接支承体(14)上设置泵浦辐射源(2)。
3.根据权利要求I或2所述的方法，包括以下步骤 -在连接支承体复合结构(50)的连接支承体(14)上设置至少-个光学元件(7)，该光学元件适于将泵浦辐射(2)偏转到半导体本体(I)的辐射穿透面(Ia)上。
4.根据权利要求I或2所述的方法，其中连接支承体(14)在连接支承体复合结构(50)中矩阵形地设置。
5.根据权利要求4所述的方法，其中类似元件的复合结构被安置到连接支承体复合结构(50)上。
6.根据权利要求I或2所述的方法，其中连接支承体复合结构(50)具有两个主校准标记(51)。
7.根据权利要求I或2所述的方法，其中连接支承体复合结构(50)的连接支承体(14)具有至少一个辅助校准标记(15)。
8.根据权利要求I或2所述的方法，包括以下步骤 -将辐射偏转元件(33)设置到支承体复合结构(80)的单支承体区域(34)上。
9.根据权利要求I或2所述的方法，其中单支承体区域(34)在支承体复合结构(80)中矩阵形地设置。
10.根据权利要求9所述的方法，其中类似元件的复合结构被安置到支承体复合结构(80)上。
11.根据权利要求I或2所述的方法，其中借助接合将至少一个元件固定在支承体复合结构(80)的单支承体区域(34)上。
12.根据权利要求I或2所述的方法，其中结构化的金属层(60)被施加在支承体复合结构(80)的单支承体区域(34)上，该金属层能够被电接触。
13.根据权利要求I或2所述的方法，其中每个谐振器附件(40)都导电地与关联的连接支承体(14)相连。
14.根据权利要求12所述的方法，其中将结构化的金属层(60)结构化到单支承体区域(34)上， -结构化的金属层(60)曲折状地构成，或者 -结构化的金属层(60)具有复数个凹处，并且-结构化的金属层(60)能够借助接触部(61)电接触。
15.根据权利要求14所述的方法，其中谐振器附件(40)的温度通过结构化的金属层(60)来提高和确定。
全文摘要
本发明说明了一种用于制造可光泵浦的半导体装置(1)的方法，其包括以下步骤提供包括复数个单支承体区域(34)的支承体复合结构(80)，这些单支承体区域机械上彼此固定相连，将谐振腔反射器(31)设置到单支承体区域上，以及制成各谐振器附件(40)，提供包括复数个连接支承体(14)的连接支承体复合结构(50)，这些连接支承体机械上彼此固定相连，在连接支承体复合结构(50)的连接支承体(14)上设置表面发射的半导体本体(1)，以及在连接支承体(14)上设置谐振器附件(40)。
文档编号H01S5/14GK102684065SQ20121008284
公开日2012年9月19日 申请日期2006年12月29日 优先权日2005年12月30日
发明者乌尔里克·斯蒂格马勒, 弗兰克·辛格, 托马斯·施瓦茨, 罗朗德·舒尔茨 申请人:奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司