DE102023128400A1 - Housing with laser arrangement and method for producing a housing with laser arrangement - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Gehäuse mit Laseranordnung aufweisend einen Deckel, der einen für Laserstrahlung transparenten Teilbereich umfasst sowie drei Substrate. Jedes Substrat hat wenigstens einen als Resonator ausgebildeten kantenemittierenden Lasergrat mit einer Ausgangsfacette zur Abgabe von Laserstrahlung einer Wellenlänge, wobei die Wellenlängen der Lasergrate unterschiedlich sind. Wenigstens eines des ersten, zweiten und dritten Substrats umfasst zumindest ein Spiegelelement zur Umlenkung der vom entsprechenden kantenemittierenden Lasergrat abgegebenen Laserstrahlung in Richtung auf den transparenten Teilbereich. Zudem weist jedes der drei Substrate eine Seitenfläche auf, die der jeweiligen Ausgangsfacette benachbart ist oder mit dieser übereinstimmt, und die Seitenflächen von zwei der drei Substrate zumindest teilweise einander benachbart gegenüberliegen. The invention relates to a housing with a laser arrangement, comprising a cover that encompasses a partial region transparent to laser radiation, and three substrates. Each substrate has at least one edge-emitting laser ridge designed as a resonator with an output facet for emitting laser radiation of one wavelength, wherein the wavelengths of the laser ridges are different. At least one of the first, second, and third substrates comprises at least one mirror element for deflecting the laser radiation emitted by the corresponding edge-emitting laser ridge toward the transparent partial region. In addition, each of the three substrates has a side surface that is adjacent to or coincides with the respective output facet, and the side surfaces of two of the three substrates are at least partially adjacent to one another and opposite one another.
Description
Die Erfindung betrifft ein Gehäuse mit einer Laseranordnung sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Gehäuses mit einer Laseranordnung.The invention relates to a housing with a laser arrangement and a method for producing such a housing with a laser arrangement.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Laseranordnungen werden unter anderem zur Erzeugung von rotem, grünem und blauem Licht für Projektionsanwendungen verwendet. Dazu gehören neben klassischen Projektoren auch sogenannten „near-to-eye“ Anwendungen, wie sie beispielsweise in AR oder VR-Brillen verwendet werden. Auch im Automotivebereich oder in speziellen Displays kommen verschiedenfarbige Laser zum Einsatz. Dabei ermöglicht die Verwendung von Lasern eine hohe Leuchtdichte auf einem kleinen Raum zu konzentrieren, um damit durch weitere nachgelagerte optische Systeme ein hell leuchtendes Bild für einen Benutzer zu erzeugen. Mittlerweile existieren auch Laser mit verschiedenfarbigen Wellenlängen, sodass sich alle Farbe, einschließlich auch verschiedener Weißtöne problemlos erzeugen lassen.Laser arrays are used, among other things, to generate red, green, and blue light for projection applications. In addition to traditional projectors, these include so-called "near-eye" applications, such as those used in AR or VR headsets. Lasers of different colors are also used in the automotive sector or in special displays. The use of lasers enables high luminance to be concentrated in a small space, thereby creating a bright image for the user using additional downstream optical systems. Lasers with different wavelengths are now also available, allowing all colors, including various shades of white, to be easily produced.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass bei einer Erzeugung der hohen Leuchtdichte die anfallende entsprechende Wärme, welche beim Betrieb von Laserdioden erzeugt wird, ein Problem darstellen kann, dass diese ausreichend schnell abgeführt werden muss. Darüber hinaus sind in konventionellen Anordnungen komplexe Optiken notwendig, um die Laserstrahlen auf einen gemeinsamen Punkt zur Bildung von Mischlicht oder weißem Laserlicht zu überlagern und anschließend auf die Projektionsfläche zu lenken. Sofern hier bereits ein geringes Misalignment zwischen den einzelnen Laserlichtstrahlen auftritt, wird dies an einem „ausfransen“ des Mischlichts sichtbar, d.h. insbesondere an den Rändern sind die einzelnen Farben sichtbar.However, it has been discovered that the resulting heat generated during laser diode operation can pose a problem when generating high luminance, as it must be dissipated quickly enough. Furthermore, conventional setups require complex optics to superimpose the laser beams onto a common point to create mixed light or white laser light and then direct it onto the projection surface. If even a slight misalignment occurs between the individual laser light beams, this becomes apparent as a "fraying" of the mixed light, i.e., the individual colors are visible, particularly at the edges.
Aus diesem Grund wird oftmals vorgeschlagen, mehrere Laserstrahlen so zu verarbeiten, sie eine möglichst kleine gemeinsame Auskoppelfläche besitzen. Diese näherungsweise punktförmige Lichtquelle hat den Vorteil, dass dieser Quelle nachgeschaltete Optiken, vorwiegend beispielsweise Linsen oder piezoelektrische Spiegel und andere Elemente einfacher ausgestaltet werden können. Durch die Überlagerung der einzelnen Laserstrahlen ist eine derartige näherungsweise punktförmige Lichtquelle möglich. Die Fläche, in der die Ausgangsfacetten auch einer Kombination von roten, blauen und grünen Laserdioden bevorzugt liegen sollen, sollte dabei 250µm x 250µm nicht überschreiten und in einigen Anwendungen eher noch kleiner ausfallen. Üblicherweise bedeutet dies, dass die dazu notwendigen optischen Systeme je nach Implementierung durch Linsen und Beam-Kombiner bereitgestellt werden müssen und somit eine aufwändige aktive Justage benötigt wird. Gerade bei einem kompakten und kleinen Aufbau von Projektionsanwendungen, sind derartig komplexe optische Systeme eher hinderlich.For this reason, it is often suggested to process multiple laser beams in such a way that they have the smallest possible combined output area. This approximately point-like light source has the advantage that downstream optics, such as lenses or piezoelectric mirrors and other elements, can be designed more simply. By superimposing the individual laser beams, such an approximately point-like light source is possible. The area in which the output facets of a combination of red, blue and green laser diodes should preferably be located should not exceed 250µm x 250µm and in some applications can be even smaller. This usually means that the necessary optical systems have to be provided by lenses and beam combiners, depending on the implementation, and thus complex active adjustment is required. Such complex optical systems are rather cumbersome, especially in compact and small projection applications.
Alternativ wurde vorgeschlagen, die einzelnen Laserelemente räumlich so anzuordnen, dass eine möglichst geringe und kleine Auskoppelfläche realisiert wird. Beispielsweise sollte die Ausgangsfacetten verschiedener nahe beieinander platzierter Laser innerhalb einer Fläche von 200µm mal 250µm oder sogar darunter liegen. Dadurch können auch weitere optische Systeme einfach und klein gehalten werden. Jedoch ist das Zusammenbringen von kantenemittierenden Lasern in sehr kleinen Bereichen beispielsweise von wenigen 100 µm schwierig und zum Teil wegen des Aufbaus der jeweiligen Laser auch kaum möglich. Zum anderen ist durch die Position der Lasergrate bzw. und die Dimensionierung der Substrate der Laser eine Positionierung eingeschränkt.Alternatively, it has been suggested that the individual laser elements be spatially arranged in such a way as to achieve the smallest possible output coupling area. For example, the output facets of various lasers placed close to one another should lie within an area of 200 µm by 250 µm or even less. This also allows other optical systems to be kept simple and small. However, bringing edge-emitting lasers together in very small areas, for example of a few 100 µm, is difficult and, in part, almost impossible due to the design of the respective lasers. Secondly, the position of the laser ridges and the dimensions of the laser substrates restrict positioning.
Entsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung, Gehäuse mit Laseranordnungen vorzusehen, die wenigstens einige der oben genannten Nachteile abschwächen oder überwinden.Accordingly, it is an object of the invention to provide housings with laser arrangements that mitigate or overcome at least some of the above-mentioned disadvantages.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Diesem Bedürfnis wird mit den Gegenständen der unabhängigen Patentansprüche Rechnung getragen. Weiterbildungen und Ausgestaltungsform des vorgeschlagenen Prinzips sind in den Unteransprüchen angegeben Die Erfinder schlagen hierzu die Verwendung sogenannter bottom-emitting Laserdioden vor, die, -mit geeigneten Package Konzept kombiniert-, eine kleine Auskoppelfläche mit etablierten Montageprozessen realisieren.This need is addressed by the subject matter of the independent patent claims. Further developments and embodiments of the proposed principle are specified in the subclaims. The inventors propose the use of so-called bottom-emitting laser diodes, which, combined with a suitable package concept, realize a small output area using established assembly processes.
Bottom-emitting Laserdioden sind dabei Laser, die zwar ebenfalls einen kantenemittierenden Resonator aufweisen, darüber hinaus aber auch in dem Substrat des Lasers integriertes Spiegelelement, so dass der Laserstrahl senkrecht zum Lasergrat abgegeben wird.Bottom-emitting laser diodes are lasers that also have an edge-emitting resonator, but also a mirror element integrated into the substrate of the laser, so that the laser beam is emitted perpendicular to the laser ridge.
Das vorgeschlagene Konzept erlaubt es, eine möglichst kompakte und geringe Auskoppelfläche für mehrere derartiger gleich oder auch verschieden farbiger Laserdioden bereitzustellen. Zusätzlich lassen sich mit dem vorgeschlagenen Prinzip Substrate mit zwei oder mehreren kantenemittierenden Lasergraten verwenden, sogenannte „multi-ridge Laser“, die in vielen Applikationen aufgrund einer individuellen Ansteuerung der einzelnen Grate oder Ridges von Vorteil sind.The proposed concept allows for the provision of a compact and small output area for several such laser diodes of the same or different colors. Furthermore, the proposed principle allows the use of substrates with two or more edge-emitting laser ridges, so-called "multi-ridge lasers," which are advantageous in many applications due to the individual control of each ridge.
Nach dem vorgeschlagenen Prinzip umfasst in einigen Aspekten ein Gehäuse mit einer Laseranordnung einen Deckel, der einen für Laserstrahlung transparenten Teilbereich aufweist. Der transparente Teilbereich kann dabei beispielsweise aus SiO2 ausgestaltet sein. Um eine bessere Wärmeabfuhr zu erreichen, ist es möglich, den Deckel mit einer Materialkombination beispielsweise aus SiO2 und Metall, SiO2 und Keramik oder auch SiO2 und Halbleiter auszuführen, wobei lediglich der transparente Teilbereich mit SiO2 gebildet ist. Dies verbessert eine Wärmeabfuhr des Deckels in einigen Ausgestaltungen. Anstatt SiO2 kann auch ein anderes, für die jeweiligen Laserstrahlen transparentes Material für den Teilbereich benutzt werden.According to the proposed principle, in some aspects, a housing with a laser arrangement comprises a lid which has a laser radiation transparent subregion. The transparent subregion can be made of SiO2, for example. To achieve better heat dissipation, it is possible to construct the cover from a material combination, for example, of SiO2 and metal, SiO2 and ceramic, or even SiO2 and semiconductor, with only the transparent subregion being formed from SiO2. This improves heat dissipation from the cover in some embodiments. Instead of SiO2, another material that is transparent to the respective laser beams can also be used for the subregion.
Das Gehäuse mit Laseranordnung umfasst ein erstes Substrat, ein zweites Substrat sowie optional ein drittes Substrat. Jedes der Substrate umfasst wenigstens einen als Resonator ausgebildeten kantenemittierenden Lasergrat mit einer Ausgangsfacette zur Abgabe von Laserstrahlen. Das erste Substrat mit dem ersten als Resonator ausgebildeten kantenemittierenden Lasergrat ist dabei zur Abgabe von Laserstrahlung einer ersten Wellenlänge ausgeführt. Das zweite Substrat ist mit dem zweiten als Resonator ausgebildeten kantenemittierenden Lasergrat zur Abgabe von Laserstrahlung einer zweiten Wellenlänge und das dritte Substrat zur Abgabe von Laserstrahlung einer dritten Wellenlänge ausgeführt. In diesem Zusammenhang können die Substrate unterschiedliche Materialien zur Erzeugung von Laserstrahlung mit den verschiedenen Wellenlängen aufweisen. In einer alternativen Ausgestaltung können die jeweiligen Substrate mit als Resonator ausgebildeten kantenemittierenden Lasergrat auch zur Abgabe von Licht gleicher Wellenlänge ausgebildet sein. Damit lassen sich sehr hohe Leuchtdichten erreichen, die beispielsweise für Laserbohr- oder -Schweißsysteme von Bedeutung sind.The housing with laser arrangement comprises a first substrate, a second substrate, and optionally a third substrate. Each of the substrates comprises at least one edge-emitting laser ridge designed as a resonator with an output facet for emitting laser beams. The first substrate with the first edge-emitting laser ridge designed as a resonator is designed to emit laser radiation of a first wavelength. The second substrate with the second edge-emitting laser ridge designed as a resonator is designed to emit laser radiation of a second wavelength, and the third substrate is designed to emit laser radiation of a third wavelength. In this context, the substrates can comprise different materials for generating laser radiation with the different wavelengths. In an alternative embodiment, the respective substrates with the edge-emitting laser ridge designed as a resonator can also be designed to emit light of the same wavelength. This allows very high luminance levels to be achieved, which are important, for example, for laser drilling or welding systems.
Nach dem vorgeschlagenen Prinzip ist nun wenigstens eines des ersten, zweiten und dritten Substrats mit einem Spiegelelement zur Umlenkung der vom entsprechenden kantenemittierenden Lasergrat abgegebenen Laserstrahlung ausgeführt. Dabei ist das Spiegelelement so angeordnet, dass es die abgegebene Laserstrahlung in Richtung auf den transparenten Teilbereich umgelenkt. Jedes der drei Substrate umfasst dabei zudem eine Seitenfläche, die der jeweiligen Ausgangsfacette benachbart ist oder mit dieser in einigen Aspekten sogar übereinstimmt. Die Seitenflächen von zwei der drei Substrate sind zumindest teilweise einander benachbart gegenüberliegend angeordnet.According to the proposed principle, at least one of the first, second, and third substrates is designed with a mirror element for deflecting the laser radiation emitted by the corresponding edge-emitting laser ridge. The mirror element is arranged such that it deflects the emitted laser radiation toward the transparent subregion. Each of the three substrates further comprises a side surface that is adjacent to the respective output facet or, in some aspects, even coincides with it. The side surfaces of two of the three substrates are arranged at least partially adjacent to one another and opposite one another.
Dadurch wird eine besonders kompakte und platzsparende Realisierung gewährleistet, wobei durch den wenigstens einen bottom-emitter eine gemeinsame Auskoppelfläche erreicht wird, die gegenüber herkömmlichen Anordnungen deutlich reduziert ist. Insbesondere können Auskoppelflächen mit kleiner als 50 µm x 250 µm erreicht werden, wobei eine Limitierung im Wesentlichen durch das Design der einzelnen Substrate begrenzt ist. Die Auskoppelfläche kann dabei sowohl für Laser mit einem einzelnen Lasergrat („Single Ridge“ Laser) als auch für Laser mit mehreren Lasergrate („Multi Ridge“ Laser) als näherungsweise punktförmige Lichtquelle angesehen werden. Dies vereinfacht im Strahlengang nachgelagerten optische Systeme und erlaubt es, insbesondere auf Beam-combiner verzichten zu können, da bereits durch die sehr geringe Auskoppelfläche eine näherungsweise vollständige Überlagerung der einzelnen abgegebenen Laserstrahlen erreicht wird.This ensures a particularly compact and space-saving implementation, with the at least one bottom emitter achieving a common output surface that is significantly smaller than conventional arrangements. In particular, output surfaces smaller than 50 µm x 250 µm can be achieved, although this is essentially limited by the design of the individual substrates. The output surface can be viewed as an approximately point-shaped light source for both lasers with a single laser ridge (“single ridge” laser) and lasers with multiple laser ridges (“multi ridge” laser). This simplifies the optical systems downstream in the beam path and, in particular, makes it possible to dispense with beam combiners, since the very small output surface already achieves almost complete superposition of the individual emitted laser beams.
In diesem Zusammenhang ist eine Unterseite des Substrats als die Seite definiert, auf der der kantenemittierenden Lasergrat angeordnet ist. Die dem kantenemittierenden Lasergrat gegenüberliegende Seite des Substrats wird als Oberseite des Substrats definiert. Beide Seiten enthalten Kontakte oder Kontaktflächen, welche zur individuellen Ansteuerung der Lasergrate ausgeführt sind. Die Kontaktflächen sind beispielsweise metallisierte Oberflächen.In this context, a bottom side of the substrate is defined as the side on which the edge-emitting laser ridge is located. The side of the substrate opposite the edge-emitting laser ridge is defined as the top side of the substrate. Both sides contain contacts or contact surfaces designed to individually control the laser ridges. The contact surfaces are, for example, metallized surfaces.
Die Substrate können in einigen Aspekten mit unterschiedlichen Materialsystemen gebildet sein. Beispielsweise wird für die Erzeugung von rotem Laserlicht Phosphid- oder Arsenid-Materialsysteme verwendet, beispielsweise GaP, InGP, AlGaP, InAlGaP oder auch GaAs und AlGaAs. Dabei kann die genaue Wellenlänge durch den Indiumanteil eingestellt werden. Zur Erzeugung von grünem bzw. blauem Laserlicht werden Materialsysteme auf Basis von Nitriden verwendet. Beispiele hierzu umfassen unter anderem GaN, AlGaN, InGaN und InAlGaN.The substrates can be formed with different material systems in some aspects. For example, phosphide or arsenide material systems, such as GaP, InGP, AlGaP, InAlGaP, or even GaAs and AlGaAs, are used to generate red laser light. The precise wavelength can be adjusted by the indium content. Nitride-based material systems are used to generate green or blue laser light. Examples include GaN, AlGaN, InGaN, and InAlGaN.
Durch die unterschiedlichen Materialsysteme können die die Lasergrate bildenden Resonatoren mit unterschiedlicher Länge ausgebildet sein, sodass sich unterschiedlich lange Substrate ergeben. Insgesamt ist es in diesem Zusammenhang zweckmäßig, die Resonatoren abhängig von den gewünschten Anforderungen so kurz wie möglich auszugestalten, um auf diese Art eine möglichst kompakte Bauweise des Gehäuses mit der Laseranordnung zu realisieren.Due to the different material systems, the resonators forming the laser ridges can be designed with different lengths, resulting in substrates of varying lengths. Overall, it is advisable to design the resonators as short as possible, depending on the desired requirements, in order to achieve the most compact design possible for the housing containing the laser array.
Die Substrate können dabei als Einzelgratlaser, aber auch als Mehrfach-Grat Laser ausgebildet sein, wobei die einzelnen Lasergrate separat und individuell ansteuerbar sind. Dadurch lässt sich die von dem jeweiligen Substrat erzeugte Laserstrahlung in der Lichtleistung über einen weiten Bereich einstellen.The substrates can be designed as single-ridge lasers or as multi-ridge lasers, with each individual laser ridge being separately and individually controllable. This allows the light output of the laser radiation generated by the respective substrate to be adjusted over a wide range.
In einigen Aspekten weist wenigstens ein zweites des ersten, zweiten und dritten Substrats ebenfalls ein Spiegelelement auf, zur Umlenkung der vom entsprechenden kantenemittierenden Lasergrat abgegebenen Laserstrahlung in Richtung auf den transparenten Teilbereich. Alternativ können auch alle Substrate jeweils ein Spiegelelement zur Umlenkung der vom entsprechenden kantenemittierenden Lasergrat abgegebenen Laserstrahlung in Richtung auf den transparenten Teilbereich aufweisen. In dieser Ausgestaltung wären dann alle Substrate als bottom-emitting Laser ausgeführt.In some aspects, at least a second of the first, second and third substrates also includes a mirror element for deflecting the laser radiation emitted by the corresponding edge-emitting laser ridge toward the transparent subregion. Alternatively, all substrates can each have a mirror element for deflecting the laser radiation emitted by the corresponding edge-emitting laser ridge toward the transparent subregion. In this embodiment, all substrates would then be designed as bottom-emitting lasers.
Bei der Verwendung von mehreren Lasergraten pro Substrat, kann jedem Lasergrat ein derartiges Spiegelelement zugeordnet sein. Alternativ ist es auch möglich, ein gemeinsames Spiegelelement für alle Lasergrate in dem jeweiligen Substrat vorzusehen. Das Spiegelelement kann in einigen Ausgestaltungen eine Vertiefung in dem jeweiligen Substrat aufweisen, wobei eine Seitenfläche der Vertiefung die jeweilige Ausgangsfacette des kantenemittierenden Lasergrats bildet und eine gegenüberliegende spiegelnde Seitenfläche bezüglich der jeweiligen Ausgangsfacette schräg angeordnet ist. Dieser Winkel kann beispielsweise 45° betragen und materialabhängig in dem Substrat geätzt sein. Dadurch ist eine besonders platzsparende Umlenkung des von dem Lasergrat abgegebenen Laserlichts senkrecht zur Unterseite des Substrats möglich. In einigen Aspekten ist das Spiegelelement zur Umlenkung der vom entsprechenden kantenemittierenden Lasergrat abgegebenen Laserstrahlung zu der Seitenfläche des jeweiligen Substrats lateral beabstandet. Dieser Abstand ist zweckmäßigerweise so gering wie möglich ausgestaltet, um auf diese Weise die jeweiligen Substrate möglichst nahe beieinander anzuordnen.When using multiple laser ridges per substrate, each laser ridge can be assigned such a mirror element. Alternatively, it is also possible to provide a common mirror element for all laser ridges in the respective substrate. In some embodiments, the mirror element can have a recess in the respective substrate, wherein one side surface of the recess forms the respective output facet of the edge-emitting laser ridge and an opposite reflective side surface is arranged obliquely with respect to the respective output facet. This angle can be 45°, for example, and can be etched into the substrate depending on the material. This enables a particularly space-saving deflection of the laser light emitted by the laser ridge perpendicular to the underside of the substrate. In some aspects, the mirror element for deflecting the laser radiation emitted by the corresponding edge-emitting laser ridge is laterally spaced from the side surface of the respective substrate. This distance is expediently designed to be as small as possible in order to arrange the respective substrates as close to one another as possible.
In einigen Aspekten werden die Substrate mit den Spiegelelementen an dem Deckel befestigt, insbesondere über eine entsprechende Metallisierung, sodass die Spiegelelemente dem transparenten Teilbereich direkt gegenüberliegend angeordnet sind. Beispielsweise lassen sich die Substrate auf dem Deckel entsprechend auflöten. Bei einer geeigneten Ausgestaltung des Deckels, beispielsweise einer Verbindung aus Glas-Keramik oder Glas-Metall können die Substrate im keramischen bzw. metallischen Bereich aufgelötet sein, sodass sich zudem eine sehr gute Wärmeleitung zwischen Deckel und den jeweiligen Substraten einstellt. Dadurch kann neben einer sehr kompakten Auskoppelfläche auch eine ausreichende Wärmeabfuhr im Betrieb der jeweiligen Lasergrate erreicht werden.In some aspects, the substrates with the mirror elements are attached to the cover, in particular via appropriate metallization, so that the mirror elements are arranged directly opposite the transparent portion. For example, the substrates can be soldered onto the cover accordingly. With a suitable design of the cover, for example a glass-ceramic or glass-metal joint, the substrates can be soldered in the ceramic or metallic area, thus also achieving very good heat conduction between the cover and the respective substrates. This not only enables a very compact output surface but also sufficient heat dissipation during operation of the respective laser burrs.
Die Substrate sind dabei mit ihrer jeweiligen Unterseite an dem Deckel befestigt, beispielsweise durch eine strukturierte Metallisierung mittels einer Gold-Zinnverbindung. Durch das Anbringen der Substrate direkt auf dem Deckel mit den Spiegelelementen gegenüberliegend dem transparenten Teilbereich bzw. der Ausgangsfacette gegenüberliegend dem transparenten Teilbereich ist der Abstand zwischen dem jeweiligen Spiegelelement bzw. der Ausgangsfacette und dem transparenten Teilbereich sehr gering. Dadurch wird mit Vorteil ein optischer Pinzetteneffekt unterdrückt. Gleichzeitig kann die Metallisierung als Kontakt zum elektrischen Anschluss an den wenigstens einen Lasergrat dienen. Ein weiterer Anschluss kann beispielsweise auf der Oberseite des jeweiligen Substrats vorhanden und mittels einer Drahtverbindung zu einem weiteren Kontakt auf dem Deckel geführt sein.The substrates are attached to the lid with their respective undersides, for example by a structured metallization using a gold-tin connection. By attaching the substrates directly to the lid with the mirror elements opposite the transparent partial area or the output facet opposite the transparent partial area, the distance between the respective mirror element or the output facet and the transparent partial area is very small. This advantageously suppresses an optical tweezer effect. At the same time, the metallization can serve as a contact for the electrical connection to the at least one laser ridge. A further connection can be present, for example, on the top side of the respective substrate and can be led to another contact on the lid by means of a wire connection.
In einem Aspekt umfasst das Gehäuse weiterhin einen Rahmen, welcher mit dem Deckel unter Bildung eines insbesondere hermetisch versiegelten Aufnahmeraum verbunden ist. Die hermetische Versiegelung erfolgt in einigen Aspekten über eine Metallverbindung. In dem Aufnahmeraum sind das erste, zweite und dritte Substrat angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist im Gegensatz zu konventionellen Konzepten wenigstens ein Substrat an dem Deckel befestigt. Dies ermöglicht es, den Aufnahmeraum möglichst kompakt auszugestalten, wobei die Dimensionierung im Wesentlichen durch die vorhandene Drahtverbindung zwischen Substrat und Kontaktbereich auf dem Deckel gegeben ist. Insgesamt lässt sich mit einer Verbindung der Substrate an den Deckel besonders flache Gehäuse mit Laseranordnungen realisieren.In one aspect, the housing further comprises a frame which is connected to the cover to form a particularly hermetically sealed receiving space. In some aspects, the hermetic sealing is achieved via a metal connection. The first, second and third substrates are arranged in the receiving space. In this exemplary embodiment, in contrast to conventional concepts, at least one substrate is fastened to the cover. This makes it possible to design the receiving space as compactly as possible, with the dimensioning being essentially determined by the existing wire connection between the substrate and the contact region on the cover. Overall, particularly flat housings with laser arrangements can be realized by connecting the substrates to the cover.
In einigen Aspekten umfasst das Gehäuse weiterhin eine Anzahl von Kontaktflächen. Diese können je nach Implementierung auf der Außenseite des Deckels beispielsweise um den transparenten Teilbereich angeordnet sein. In einer alternativen Ausgestaltung kann der Rahmen mit einer Vielzahl von leitenden Durchführungen ausgebildet sein, um auf der Außenseite, also einem Aufnahmeraum abgewandten Seite mit Kontaktflächen versehen zu werden. In diesem Fall dient der Rahmen bzw. die Bodenplatte des Rahmens als Auflagefläche bei der SMD Montage in den jeweiligen Applikationen.In some aspects, the housing further comprises a number of contact surfaces. Depending on the implementation, these can be arranged on the outside of the cover, for example, around the transparent portion. In an alternative embodiment, the frame can be configured with a plurality of conductive feedthroughs to provide contact surfaces on the outside, i.e., the side facing away from a receiving space. In this case, the frame or the base plate of the frame serves as a support surface for SMD assembly in the respective applications.
Durch Durchführungen werden Signale an den außen gelegenen Kontaktflächen der Bodenplatte in den Aufnahmeraum und von dort über Drahtverbindungen oder andere Maßnahmen an die Lasergrate der verschiedenen Substrate weitergeleitet. In einer anderen Ausgestaltung, bei der die Kontaktflächen auf der Außenseite des Deckels liegen, sind durch den Deckel ebenfalls leitende Durchführungen vorgesehen. Dadurch wird die elektrische Pfadlänge minimiert, was zu einer Verbesserung bei einem schnell Schalten aufgrund der geringeren Impedanz und des geringeren elektrischen Widerstands führt. Zudem kann der Rahmen einfacher ausgestaltet sein, da es sich ausschließlich um einen mechanischen Schutz der Substrate handelt, aber keine Anschlüsse vorgesehen sind. Dadurch entfallen auch höhere Anforderungen an die Güte der Oberfläche des Rahmens. Über die Kontaktierung in dem Deckel kann zudem eine thermische Entwärmung über den Deckel erfolgen, bzw. diese im Gegensatz zu anderen Konzepten verbessert werden.Through feedthroughs, signals are transmitted from the outer contact surfaces of the base plate into the receiving space and from there via wire connections or other means to the laser ridges of the various substrates. In another embodiment, in which the contact surfaces are located on the outside of the cover, conductive feedthroughs are also provided through the cover. This minimizes the electrical path length, which leads to improved fast switching due to the lower impedance and lower electrical resistance. In addition, the frame can be designed more simply, as it only provides mechanical protection for the substrates and does not provide any connections. This also eliminates higher quality requirements. the surface of the frame. The contact in the cover also allows for thermal heat dissipation through the cover, or rather, this can be improved compared to other concepts.
Diesem Zusammenhang umfasst der Deckel in einigen Aspekten neben dem transparenten Teilbereich auch ein den transparenten Teilbereich umgebendes Material, welches eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist. Dies ist beispielsweise ein Metall, ein Halbleitermaterial der auch eine Keramik oder Kombinationen hiervon. Entsprechend ist in einigen Aspekten vorgesehen, dass die Substrate mit ihrer Unterseite an den keramischen bzw. metallischen Teilen des Deckels befestigt sind.In this context, in some aspects, the cover also comprises, in addition to the transparent portion, a material surrounding the transparent portion that has a higher thermal conductivity. This material is, for example, a metal, a semiconductor material, a ceramic, or combinations thereof. Accordingly, in some aspects, it is provided that the substrates are attached by their undersides to the ceramic or metallic parts of the cover.
Einige Aspekte beschäftigen sich mit der geometrischen Anordnung der verschiedenen Substrate untereinander.Some aspects deal with the geometric arrangement of the different substrates among each other.
In einem Aspekt können zwei der drei Substrate nebeneinander mit in gleicher richtungweisenden Ausgangsfacetten angeordnet sein. Das dritte der drei Substrate ist diesen mit der Ausgangsfacette gegenüberliegend angeordnet. Sofern es noch mehr Substrate gibt, können diese paarweise gegenüberliegend angeordnet werden. Die wenigstens drei Substrate können je nach Ausgestaltung entweder gemeinsam an dem Deckel oder auch gemeinsam an einer Bodenplatte des Rahmens befestigt sein. Alternativ sind auch dreieckig Anordnungen denkbar.In one aspect, two of the three substrates can be arranged side by side with output facets pointing in the same direction. The third of the three substrates is arranged opposite these with the output facet. If there are more substrates, they can be arranged opposite each other in pairs. Depending on the design, the at least three substrates can be attached either jointly to the cover or jointly to a base plate of the frame. Alternatively, triangular arrangements are also conceivable.
In einem anderen Aspekt ist jedoch eines der drei Substrate gegenüber den beiden anderen Substraten verkippt, und zwar insbesondere um 90° zu den beiden anderen Substrat angeordnet. Dadurch ergibt sich, dass wenigstens eines der Substrate als kantenemittierende Laseranordnung ausgebildet ist, bei der die Ausgangsfacette gleichzeitig auch einen Teil der Seitenkante des Substrats bildet. Mit anderen Worten ist bei dieser Ausgestaltung in dem wenigstens einen Substrat somit kein Spiegelelement zur Erzeugung einer bottom-emitting Laserdiode vorhanden.In another aspect, however, one of the three substrates is tilted relative to the other two substrates, specifically arranged at 90° to the other two substrates. This results in at least one of the substrates being configured as an edge-emitting laser arrangement, in which the output facet simultaneously also forms part of the side edge of the substrate. In other words, in this embodiment, no mirror element for generating a bottom-emitting laser diode is present in the at least one substrate.
In einigen Aspekten sind zwei der drei Substrate entweder mit kantenemittierenden Ausgangsfacetten ohne Spiegelelement oder mit jeweiligen Spiegelelementen zu Erzeugung einer bottom-emitting Laserdiode ausgebildet. Das Verhältnis zwischen bottom-emitting Laserdiode zu kantenemittierender Diode beträgt in der vorgeschlagenen Anordnung entweder 2:1 oder 1:2. Bei einer Anordnung mit nur zwei Substraten kann ein Substrat mit einer kantenemittierenden Ausgangsfacette ohne Spiegelelement und das andere Substrat mit Spiegelelement ausgebildet sein. In ein einer weiteren Ausgestaltung können auch mehr als drei Laserdioden bzw. Substrate verwendet werden.In some aspects, two of the three substrates are configured either with edge-emitting output facets without a mirror element or with respective mirror elements to create a bottom-emitting laser diode. The ratio of bottom-emitting laser diode to edge-emitting diode in the proposed arrangement is either 2:1 or 1:2. In an arrangement with only two substrates, one substrate can be configured with an edge-emitting output facet without a mirror element, and the other substrate with a mirror element. In a further embodiment, more than three laser diodes or substrates can be used.
Beispielsweise kann eines oder zwei der Substrate an dem Deckel und zwei bzw. ein Substrat senkrecht zum Deckel an einer Seitenwand des Gehäuses angeordnet sein. Alternativ ist es auch möglich, die drei Substrate auf einem gemeinsamen metallisierten Submount anzuordnen, wobei diese mit ihren jeweiligen Ausgangsfacetten nahe einer Ecke oder Kante dieses Submounts liegen. Insbesondere ist es möglich, die Ausgangsfacetten bzw. die Spiegelelemente der Substrate aufgrund der Anordnung nahe an der Kante sehr nahe zusammen zu bringen, um so eine gemeinsame sehr kleine Auskoppelfläche zu erzeugen. In einer Ausgestaltung ist ein quaderförmiger Körper als Submount vorgesehen, wobei die einzelnen Substrate entlang gemeinsamer Seitenkanten und an einer gemeinsamen Ecke angeordnet sind.For example, one or two of the substrates can be arranged on the cover and two or one substrate perpendicular to the cover on a side wall of the housing. Alternatively, it is also possible to arrange the three substrates on a common metallized submount, with their respective output facets located close to a corner or edge of this submount. In particular, it is possible to bring the output facets or the mirror elements of the substrates very close together due to the arrangement close to the edge in order to thus create a common, very small coupling-out area. In one embodiment, a cuboid body is provided as the submount, with the individual substrates arranged along common side edges and at a common corner.
Eine derartige Ausgestaltung hat den Vorteil, dass nicht für alle Substrate ein Spiegelelement vorhanden sein muss. Vielmehr kann über diese Anordnung auch bei Verwendung von zusätzlichen konventionellen Bauelementen eine sehr kleine Auskoppelfläche realisiert werden. Insbesondere ist es möglich, beispielsweise die Substrate entlang einer Ecke eines Würfels auf den verschiedenen Seitenflächen anzuordnen. Mit Vorteil lässt sich auf diese Weise auch ein Package realisieren, bei dem zwei Auskoppelflächen vorhanden sind, deren Abstand der Seitenlänge eines derartigen Würfels entspricht. Das Submount lässt sich für die thermische Entwärmung der Substrate im Betrieb optimieren.Such a configuration has the advantage that a mirror element does not have to be present for all substrates. Rather, this arrangement allows a very small coupling-out area to be realized even when using additional conventional components. In particular, it is possible, for example, to arrange the substrates along a corner of a cube on the various side surfaces. This also advantageously allows a package to be realized in which there are two coupling-out surfaces whose distance corresponds to the side length of such a cube. The submount can be optimized for thermal cooling of the substrates during operation.
In Ausgestaltungen, in denen die Substrate zueinander verkippt sind, ist es in einigen Ausgestaltungen zweckmäßig, dass wenigstens eines der drei Substrate mit wenigstens einem als Resonator ausgebildetem kantenemittierendem Lasergrat ausgebildet ist; und wenigstens eines der drei Substrate mit wenigstens einem ersten als Resonator ausgebildetem kantenemittierendem Lasergrat ausgebildet ist, an dessen Ausgangsfacette ein Spiegelelement innerhalb des Substrats zur Umlenkung der vom entsprechenden kantenemittierenden Lasergrat abgegebenen Laserstrahlung in Richtung auf den transparenten Teilbereich angeordnet ist. Mit anderen Worten sind in diesen Ausgestaltungen zumindest zwei der drei Substrate unterschiedlich, d.h. als kantenemittierende und bottom emittierende Laseranordnung ausgeführt.In embodiments in which the substrates are tilted relative to one another, it is expedient in some embodiments for at least one of the three substrates to be formed with at least one edge-emitting laser ridge configured as a resonator; and for at least one of the three substrates to be formed with at least one first edge-emitting laser ridge configured as a resonator, at the output facet of which a mirror element is arranged within the substrate for deflecting the laser radiation emitted by the corresponding edge-emitting laser ridge toward the transparent subregion. In other words, in these embodiments, at least two of the three substrates are different, i.e., designed as edge-emitting and bottom-emitting laser arrangements.
In einem weiteren Aspekt umfasst das Gehäuse wenigstens ein Submount, auf dem wenigstens eines der drei Substrate mit dem wenigstens einem als Resonator ausgebildetem kantenemittierendem Lasergrat angeordnet ist. In einigen Ausgestaltungen ist der Submount aus separaten Teilfläche gebildet, die zusammen gesetzt sind. Die separaten Teilflächen können jeweils darauf befindliche Substrate umfassen, die als kantenemittierende und bottom emittierende Laseranordnung ausgeführt sind. Damit lassen sich die Teilflächen separat fertigen und anschließend so zusammensetzen, dass drei Substrate in einer gemeinsamen Ecke des Submounts angeordnet sind.In a further aspect, the housing comprises at least one submount, on which at least one of the three substrates with the at least one edge-emitting laser ridge configured as a resonator is arranged. In some embodiments, the submount is formed from separate partial surfaces that are assembled together. The separate partial surfaces can each have The submounts can include two substrates configured as edge-emitting and bottom-emitting laser arrays. This allows the sub-areas to be manufactured separately and then assembled so that three substrates are arranged in a common corner of the submount.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses mit einer Laseranordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip.A further aspect relates to a method for producing a housing with a laser arrangement according to the proposed principle.
Bei dem Verfahren wird als ersten ein Deckel mit einem transparenten Teilbereich bereitgestellt. Der Deckel kann mit einem keramischen Substrat, einem Halbleitersubstrat oder auch einem metallischen Substrat ausgebildet sein, wobei dieses den transparenten Teilbereich, beispielsweise aus Glas umgibt. Der nichttransparente Teil hat dabei eine höhere Wärmeleitfähigkeit.In the method, a cover with a transparent portion is first provided. The cover can be formed from a ceramic substrate, a semiconductor substrate, or even a metallic substrate, which surrounds the transparent portion, for example, made of glass. The non-transparent portion has a higher thermal conductivity.
Sodann wird auf einer Unterseite des Deckels, d.h. einer Seite des Deckels, die später in das Gehäuse zeigt, ein erstes Substrat mit wenigstens einem ersten als Resonator ausgebildetem kantenemittierendem Lasergrat mit einer Ausgangsfacette zur Abgabe von Laserstrahlung angeordnet. Dies kann auf dem nicht-transparenten Teil erfolgen. Dies erfolgt dergestalt, dass der kantenemittierende Lasergrat dem Deckel zugewandt ist und das erste Substrat ein Spiegelelement zur Umlenkung der vom entsprechenden kantenemittierenden Lasergrat abgegebenen Laserstrahlung in Richtung auf den transparenten Teilbereich umfasst. Das erste Substrat wird an dem Deckel befestigt, beispielsweise über eine Lotverbindung.Then, on an underside of the cover, i.e., a side of the cover that will later face into the housing, a first substrate with at least one first edge-emitting laser ridge configured as a resonator and having an output facet for emitting laser radiation is arranged. This can be done on the non-transparent part. This is done in such a way that the edge-emitting laser ridge faces the cover, and the first substrate comprises a mirror element for deflecting the laser radiation emitted by the corresponding edge-emitting laser ridge toward the transparent portion. The first substrate is attached to the cover, for example, via a solder connection.
Anschließend wird ein weiteres Substrat bereitgestellt, welches ebenfalls mit einer kantenemittierenden Laseranordnung ausgebildet ist. Das weitere Substrat wird derart angeordnet, dass eine zu einer Ausgangsfacette der Laseranordnung benachbarte Seitenkante des wenigstens einen weiteren Substrats zu einer dem Spiegelelement benachbarten Seitenkante des ersten Substrats benachbart ist.Subsequently, a further substrate is provided, which is also configured with an edge-emitting laser arrangement. The further substrate is arranged such that a side edge of the at least one further substrate adjacent to an output facet of the laser arrangement is adjacent to a side edge of the first substrate adjacent to the mirror element.
Je nach Ausgestaltung kann dies beispielsweise durch Anbringen des wenigstens einen weiteren Substrats an dem Deckel erfolgen. In diesem Fall wäre auch das eine weitere Substrat ähnlich wie das erste Substrat mit einem Spiegelelement implementiert. Sofern das wenigstens eine weitere Substrat mit einem kantenemittierenden Laser implementiert ist, dessen Ausgangsfacette ohne Spiegelelement zu der Seitenflanke des Substrates parallel liegt, ist es zweckmäßig, das wenigstens eine weitere Substrat verkippt zu dem ersten Substrat anzuordnen.Depending on the design, this can be achieved, for example, by attaching the at least one additional substrate to the cover. In this case, the at least one additional substrate would also be implemented with a mirror element, similar to the first substrate. If the at least one additional substrate is implemented with an edge-emitting laser whose output facet, without a mirror element, is parallel to the side flank of the substrate, it is expedient to arrange the at least one additional substrate tilted relative to the first substrate.
In einem letzten Schritt wird der Deckel unter Bildung eines Aufnahmeraumes an einen Rahmen mit Bodenplatten befestigt, so dass in dem Aufnahmeraum die Substrate angeordnet sind.In a final step, the lid is attached to a frame with base plates to form a receiving space, so that the substrates are arranged in the receiving space.
In einem weiteren Aspekt umfasst das wenigstens eine weitere Substrat ein Spiegelelement zur Umlenkung der vom entsprechenden kantenemittierenden Lasergrat abgegebenen Laserstrahlung in Richtung auf den transparenten Teilbereich. Es ist an dem Deckel angeordnet, sodass die zum Spiegelelement benachbarte Seitenkante des weiteren Substrats der Seitenkante des ersten Substrats gegenüberliegt.In a further aspect, the at least one further substrate comprises a mirror element for deflecting the laser radiation emitted by the corresponding edge-emitting laser ridge toward the transparent partial region. It is arranged on the cover such that the side edge of the further substrate adjacent to the mirror element is opposite the side edge of the first substrate.
Im Fall der Verkippung kann das wenigstens eine weitere Substrat um insbesondere um 90° verkippt sein. Es kann zudem an einem geeigneten, im Aufnahmeraum des Gehäuses befindlichen Submount angeordnet werden. Alternativ sind auch eine Anordnung und Befestigung des weiteren Substrats an dem Rahmen möglich.In the case of tilting, the at least one additional substrate can be tilted, in particular by 90°. It can also be arranged on a suitable submount located in the receiving space of the housing. Alternatively, the additional substrate can also be arranged and secured to the frame.
In einem weiteren Aspekt wird der Deckel mit einer als Kontakt dienenden Metallisierung bereitgestellt, wobei die Metallisierung mit dem kantenemittierenden Lasergrat in elektrischer Verbindung steht. In einigen Aspekten kann die Metallisierung mit einer Durchführung im Rahmen elektrisch verbunden sein, wobei die Durchführung im Rahmen auf eine Unterseite der Bodenplatte führt. In anderen Aspekten umfasst der Deckel eine oder mehrere Durchführungen, die mit der Metallisierung verbunden sind und auf Kontaktflächen auf einer Oberseite des Deckels führen. Ebenso sind auch Kombinationen hiervon möglich.In another aspect, the lid is provided with a metallization serving as a contact, wherein the metallization is in electrical connection with the edge-emitting laser ridge. In some aspects, the metallization may be electrically connected to a feedthrough in the frame, wherein the feedthrough in the frame leads to a bottom side of the base plate. In other aspects, the lid comprises one or more feedthroughs connected to the metallization and leading to contact pads on a top side of the lid. Combinations thereof are also possible.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Weitere Aspekte und Ausführungsformen nach dem vorgeschlagenen Prinzip werden sich in Bezug auf die verschiedenen Ausführungsformen und Beispiele offenbaren, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben werden.
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1 zeigt eine Laseranordnung in Seitendarstellung nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips; -
2 stellt die Unterseite der Laseranordnung Nach der Ausgestaltung in1 dar; -
3 zeigt in Draufsicht auf einen transparenten Deckel eine Ausgestaltung eines Gehäuses mit Laseranordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip; -
4 ist eine Seitendarstellung der Ausgestaltung des Gehäuses mit Laseranordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip nach der vorangegangenen Figur. -
5 zeigt eine Seitendarstellung einer leicht abgewandelten Ausgestaltung eines Gehäuses mit Laseranordnung gemäß einigen Aspekten ds vorgeschlagenen Prinzips; -
6 stellt eine Draufsicht einer weiteren Ausgestaltung eines Gehäuses mit Laseranordnung nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips dar; -
7 zeigt die korrespondierende Seitenansicht der Ausgestaltung nach6 ; -
8 zeigt in Seitendarstellung eine weitere Ausgestaltung eines Gehäuses mit Laseranordnung nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips; -
9 stellt eine weitere Ausgestaltung eines Gehäuses mit Laseranordnung nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips dar; -
10 zeigt in perspektivische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung eines Gehäuses mit Laseranordnung nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips; -
11 ist eine Seitendarstellung einer Ausführung der8 in einem Gehäuse nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips; -
12 zeigt eine Abwandlung einer Ausgestaltung wie in9 mit einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips; -
13A und13B zeigen eine Ausgestaltung eines Gehäuses als Seitenemitter nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips; -
14 ist eine Ausgestaltung eines Verfahrens zur Herstellung eines Gehäuses mit Laseranordnungen nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips.
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1 shows a laser arrangement in side view according to some aspects of the proposed principle; -
2 represents the underside of the laser arrangement. After the design in1 represents; -
3 shows a top view of a transparent cover of a housing with a laser arrangement according to the proposed principle; -
4 is a side view of the design of the housing with laser arrangement according to the proposed principle according to the previous figure. -
5 shows a side view of a slightly modified design of a housing with laser arrangement according to some aspects of the proposed principle; -
6 shows a plan view of a further embodiment of a housing with laser arrangement according to some aspects of the proposed principle; -
7 shows the corresponding side view of the design according to6 ; -
8 shows a side view of a further embodiment of a housing with a laser arrangement according to some aspects of the proposed principle; -
9 shows a further embodiment of a housing with a laser arrangement according to some aspects of the proposed principle; -
10 shows a perspective view of a further embodiment of a housing with a laser arrangement according to some aspects of the proposed principle; -
11 is a side view of a version of the8 in a housing according to some aspects of the proposed principle; -
12 shows a modification of a design as in9 with some aspects of the proposed principle; -
13A and13B show a design of a housing as a side emitter according to some aspects of the proposed principle; -
14 is an embodiment of a method for producing a housing with laser arrangements according to some aspects of the proposed principle.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Die folgenden Ausführungsformen und Beispiele zeigen verschiedene Aspekte und ihre Kombinationen nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die Ausführungsformen und Beispiele sind nicht immer maßstabsgetreu. Ebenso können verschiedene Elemente vergrößert oder verkleinert dargestellt werden, um einzelne Aspekte hervorzuheben. Es versteht sich von selbst, dass die einzelnen Aspekte und Merkmale der in den Abbildungen gezeigten Ausführungsformen und Beispiele ohne weiteres miteinander kombiniert werden können, ohne dass dadurch das erfindungsgemäße Prinzip beeinträchtigt wird. Einige Aspekte weisen eine regelmäßige Struktur oder Form auf. Es ist zu beachten, dass in der Praxis geringfügige Abweichungen von der idealen Form auftreten können, ohne jedoch der erfinderischen Idee zu widersprechen.The following embodiments and examples show various aspects and their combinations according to the proposed principle. The embodiments and examples are not always true to scale. Likewise, various elements may be shown enlarged or reduced in size to emphasize individual aspects. It goes without saying that the individual aspects and features of the embodiments and examples shown in the figures can be easily combined with one another without compromising the inventive principle. Some aspects have a regular structure or shape. It should be noted that in practice, slight deviations from the ideal shape may occur without, however, contradicting the inventive idea.
Außerdem sind die einzelnen Figuren, Merkmale und Aspekte nicht unbedingt in der richtigen Größe dargestellt, und auch die Proportionen zwischen den einzelnen Elementen müssen nicht grundsätzlich richtig sein. Einige Aspekte und Merkmale werden hervorgehoben, indem sie vergrößert dargestellt werden. Begriffe wie „oben“, „oberhalb“, „unten“, „unterhalb“, „größer“, „kleiner“ und dergleichen werden jedoch in Bezug auf die Elemente in den Figuren korrekt dargestellt. So ist es möglich, solche Beziehungen zwischen den Elementen anhand der Abbildungen abzuleiten.Furthermore, the individual figures, features, and aspects are not necessarily depicted in the correct size, nor are the proportions between the individual elements necessarily accurate. Some aspects and features are emphasized by being enlarged. However, terms such as "top," "above," "below," "below," "larger," "smaller," and the like are correctly depicted in relation to the elements in the figures. This makes it possible to infer such relationships between the elements from the illustrations.
Die Laseranordnung der
Die Laseranordnung umfasst n- und p-dotierte Bereiche, die hier der Einfachheit halber nicht dargestellt sind, sowie einer dazwischen angeordneten aktiven Zone zur Erzeugung des Laserlichts. Über dieser aktiven Zone ist ein Lasergrat 12 in das Substrat 10 geätzt oder anderweitig erzeugt, welcher einerseits zu einer Ladungsträgereinschnürung (einem Carrier Confinment) beiträgt und andererseits einen längsgerichteten Resonator für die Erzeugung von Laserlicht bildet. Der Lasergrat 12 ist in dieser Ausführung p-dotiert, wodurch sich die aktive Zone benachbart unterhalb im Substrat 10 anschließt. Der Resonator 12 ist an seinem einen Ende mit einem hochreflektierenden Material 121 versehen, an dem das in der aktiven Zone erzeugte Licht reflektiert wird. An seinem anderen Ende ist ein halbdurchlässiger Spiegel 122, d. h. ein Spiegel mit einer leicht geringeren Reflektivität angeordnet. Der Spiegel 122 bildet somit die Ausgangsfacette des Resonators und der Laseranordnung. Beide Spiegel lassen sich direkt auf den Flächen des Lasergrats 12 aufdampfen oder anderweitig aufbringen.The laser arrangement comprises n- and p-doped regions, which are not shown here for the sake of simplicity, as well as an active zone arranged between them for generating the laser light. A
Die Laseranordnung der
In diesem Zusammenhang bei der Laseranordnung der
Daneben umfasst die Laseranordnung der
Damit stellt die in
Die Laseranordnung ist in dieser Ausgestaltung somit ausgeführt, Laserlicht einer bestimmten Wellenlänge durch beide Lasergrate zu erzeugen. Durch eine individuelle und einzelne Ansteuerung der beiden Lasergrate auf dem Substrat lässt sich die Intensität des abgegebenen Laserlichts dieser Anordnung über einen weiten Bereich hinweg einstellen. Der Abstand zwischen den beiden Lasergraten ist jedoch gering und beträgt nur wenige µm, sodass von einer punktförmigen Lichtquelle im Betrieb ausgegangen werden kann, unabhängig davon welcher Lasergrat gerade aktiv ist. Der Abstand der Spiegelfläche 22 des Spiegelelements 20 zu der Seitenfläche 10' des Substrates 10 ist möglichst gering, um eine kompakte Anordnung verschiedener Laseranordnungen dieser Art zu erhalten.In this embodiment, the laser arrangement is thus designed to generate laser light of a specific wavelength through both laser ridges. By individually controlling the two laser ridges on the substrate, the intensity of the emitted laser light from this arrangement can be adjusted over a wide range. However, the distance between the two laser ridges is small, amounting to only a few µm, so that a point-like light source can be assumed during operation, regardless of which laser ridge is currently active. The distance between the
Die einzelnen Substrate 10b, 10g und 10r umfassen jeweils vier separat und individuell an steuerbare Lasergrate. Zur Ansteuerung sind hierzu auf der einem Deckel 35 zugewandten Seite der Substrate, d. h. auf der jeweiligen p-dotierten Seite mehrere Zuleitungen 351b, 351g und 351r angeordnet, und zwar so dass sie die jeweiligen Lasergrate individuell mit Strom versorgen können. Die Zuleitungen sind als Metallisierungsflächen aufgebracht.The
Die in der
An den Deckel 35 angebracht sind ebenfalls mehrere längs gerichtete Metallisierungen 350, die zum Anschluss an eine Drahtverbindung geeignet sind. Mittels der Drahtverbindung wird ein Kontakt zu der jeweiligen Rückseite der einzelnen Substrate 10r, 10b und 10g und zu dortigen Anschlussflächen erzeugt, um die jeweiligen aktiven Zonen unter den Lasergraten elektrisch zu kontaktieren. Die einzelnen metallisierten Zuleitungen 350 und 351b, 351g und 351r sind entlang des Deckels 35 bis an einen umlaufenden Rand eines Rahmens 31 geführt. Sie sind dort mit entsprechenden metallisierten Durchführungen oder Vias innerhalb des Randbereichs verbunden. Figur vier zeigt diese Durchführungen in Seiten- bzw. Schnittansicht.Also attached to the
Die einzelnen Substrate 10r, 10g und 10b sind über eine metallische Lotverbindung mit dem Deckel 35 verbunden. Die auf dem Deckel ebenfalls aufgebrachte Metallisierung 350 ist über eine Drahtverbindung 352 an die n-dotierte Seite und mit dortigen Kontaktelemente, -hier nicht gezeigt- elektrisch verbunden. Die entsprechenden Metallisierungen 350 und metallisierten Zuleitungen 351 sind mit Vias und Durchführungen eines Rahmens 31 elektrisch verbunden. Die Durchführungen sind bis auf die Unterseite des Rahmens und einer Bodenplatte 32 geführt und kontaktieren die Kontaktflächen 33 auf der Außenseite der Bodenplatte 32, d. h. dem Deckel abgewandten Seite. Mit anderen Worten wird auf diese Weise durch den Rahmen mehrere Kontakte geführt und mit Kontaktflächen 33 auf der Unterseite des Rahmens befestigt. Die Höhe dieses Rahmens, d. h. der Bodenplatte 32 sowie des umlaufenden Rahmens 31 ist dabei so gewählt, dass die einzelnen Weiher und Kontakte mit der Bodenplatte nicht in Verbindung stehen. Dennoch ist diese Anordnung relativ platzsparend, da die Höhe des Rahmens einzig und allein von der Ausgestaltung und dem Abstand der jeweiligen Bonddrähte 352 abhängt.The
Die Abstrahlfläche 50 liegt in seiner Dimensionierung in etwa im Bereich von 50 µm mal 250 µm. Jedoch ist er im Wesentlichen abhängig von der Geometrie der einzelnen Substrate 10b, 10g und 10r auf dem Deckel und deren Anordnung zueinander.The dimensions of the radiating
In der Draufsicht in der
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Deckel 35 als durchwegs transparenter Träger ausgestaltet. Es ist jedoch nicht zwingend notwendig, sondern der Träger kann auch als Metallglas oder Keramikglasverbindung ausgeführt werden, wobei die jeweilige Glasverbindung als transparenter Bereich oberhalb der Abstrahlfläche 50 angeordnet ist. Ein weiterer keramischer, metallischer oder Halbleiterrahmen verbessert nicht nur die Kontaktierungsmöglichkeiten der jeweiligen Substrate auf dem Deckel, sondern verbessert auch die Wärmeabfuhr in einem Betrieb der Anordnung.In this exemplary embodiment, the
In der Ausgestaltung der
Über weitere Bonddrahtverbindungen 352 sind n-Kontaktflächen an der Oberseite der Substrate an die Metallisierungen und Kontaktflächen 350 geführt. Dieses Ausführungsbeispiel bedingte zwar eine deutlich komplexere Herstellung des Deckels, jedoch dafür einen vereinfachten Aufbau des jeweiligen Rahmens aus den Elementen 31 und 32. Dieser kann zum einen einfacher hergestellt und zum anderen auf einfache Weise und ohne größere Ausrichtung aufgesetzt werden. Auch reduzieren sich die Anforderungen an die Oberfläche des Rahmens bzw. die Güte des Materials.N-type contact pads on the top side of the substrates are connected to the metallizations and
Entsprechend können für Anordnung in der
In den bisherigen Ausgestaltungsformen sind die jeweiligen Laseranordnungen als sogenannte „bottom-emitter“ ausgeführt und je nach Ausgestaltung entweder auf der Bodenplatte des Gehäuses oder an der Unterseite, d. h. der Innenseite des Deckels 35 befestigt. Dies setzt jedoch voraus, dass die Laseranordnungen eben als solche zur Unterseite hin abstrahlende Emitter ausgestaltet werden können. Ist dies nicht der Fall, sondern einige Laseranordnung sind lediglich als kantenemittierende Laser verfügbar, können die einzelnen Laseranordnungen dennoch sehr platzsparende zueinander ausgerichtet werden. Auch bei derartigen Ausführungen lässt sich eine lediglich geringe Abstrahlfläche 50 erreichen, die im Bereich weniger 10 µm x 10 µm liegt.In previous designs, the respective laser arrays are designed as so-called "bottom emitters" and, depending on the design, are attached either to the base plate of the housing or to the underside, i.e., the inside of the
Eine beispielhafte Ausgestaltung zeigen die nächsten
Hierbei wird eine kantenemittierende Laseranordnung mit „bottom“ emittierenden Laserdioden bzw. derartige Laseranordnungen auf einem dreidimensionalen teilweise metallisierten Submount 100 kombiniert. Der Submount 100 umfasst eine zumindest in Teilbereichen metallisierte Oberfläche mit mehreren metallisierten Strukturen 350, die entweder durch den Submount hindurchführen (hier nicht gezeigt) oder an der Oberfläche entlang mit Kontaktflächen 33 verbunden sind. Der Submount 100 umfasst ein Halbleitermaterial oder auch ein keramisches Material und dient vor allem zur Wärmeabführung im Betrieb der einzelnen Laseranordnungen 10g, 10b und 10r.Here, an edge-emitting laser arrangement is combined with bottom-emitting laser diodes or such laser arrangements on a three-dimensional, partially metallized
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei Laseranordnungen 10g und 10b nebeneinander auf einer Oberseite des Submounts angeordnet und dort mit den Metallisierungen 350 elektrisch leitend verbunden. Die Metallisierung 350 bildet ebenfalls einen gemeinsamen Kontakt. Die beiden Laseranordnungen 10g und 10b sind mit Lasergraten als „bottom Emitter“ ausgeführt und umfassen eine Spiegelelement 20, welches das erzeugte Laserlicht senkrecht zur unteren Hauptseite der jeweiligen Substrate abstrahlt. Die Substrate sind dabei nahe einer Kante des Submounts 100 angeordnet.In the present embodiment, two
Auf einer dazu senkrechten Seitenfläche des Submounts 100 ist ein drittes Substrat 10r als kantenemittierender Laser aufgebracht und ebenfalls an die Metallisierung des Submounts gelötet. Auf der Oberseite führt ein Bonddraht 352 an eine entsprechende Metallisierung, die ihrerseits an eine der Kontaktflächen 33 auf der Unterseite des Submounts 100 geführt ist. Das Substrat 10r ist als kantenemittierender Laser in konventioneller Technologie ausgeführt, sodass die Ausgangsfacette mit der Seitenkante des Substrats übereinstimmt. Wie in der Figur dargestellt, sind die jeweiligen Ausgangsfacetten und Spiegelelemente der einzelnen Substrate nahe einer gemeinsamen Seitenkante des Submounts 100 angeordnet, sodass sich im Ergebnis eine sehr geringe gemeinsame Abstrahlfläche 50 einstellt. Der Submount 100 kann anschließend über einen Sinterprozess auf einer einfachen Bodenplatte aufgebracht werden, die ihrerseits mehrere Durchkontaktierungen nach außen hin vorgibt. Mit einem weiteren Prozess beispielsweise einer Gold-Zinn oder auch Glaslötung wird über diesen Submount noch eine Glaskappe gelötet, wodurch ein abgedichtetes Gehäuse entsteht.On a perpendicular side surface of the
Der Vorteil einer derartigen Ausgestaltung mit einer Kombination aus konventionellen kantenemittierenden Lasern und „bottom“ emittierenden Laserdioden liegt darin, dass nicht für alle Farben bzw. verwendeten Laser eine derartige Ausführung als „bottom Emitter“ vorhanden sein muss. Vielmehr kann über den dargestellten Prozess eine sehr geringe Abstrahlfläche 50 auch dadurch erreicht werden, dass die einzelnen Laserdioden verkippt angeordnet sind. Die Auskoppelfläche insgesamt ist in diesem Zusammenhang hauptsächlich von der geometrischen Ausrichtung der Substrate 10b, 10g und 10r auf dem Submount 100 abhängig. Die Toleranzen des Submounts 100 können durch einen geeigneten Prozess bei der Montage der Substrate vernachlässigt werden. Weiterhin ist dieser Ausgestaltung aufgrund der größeren Materialmenge insbesondere für eine gute thermische Wärmeleitung geeignet.The advantage of such a design with a combination of conventional edge-emitting lasers and bottom-emitting laser diodes is that such a design as a bottom emitter does not have to be present for all colors or lasers used. Rather, a very
An dem Deckel sind nunmehr zwei weitere bottom emittierende Laser 10g und 10b angeordnet, wie dies beispielsweise in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen bereits gezeigt ist. Durch eine geeignete Ausrichtung dieser Substrate mit dem Substrat 10r auf dem Submount 100 zueinander kann eine insgesamt sehr geringe Abstrahlfläche 50, bei gleichzeitiger Vermeidung des optischen Pinzetteneffekts erreicht werden. Je nach Ausgestaltungsform der Metallisierungselemente auf dem Deckel 35 ist es zudem möglich, diesen Deckel versetzt in der Montage aufzubringen, um so eine möglichst nahe Ausrichtung der beiden Laseranordnungen 10g und 10b an der kantenemittierenden Seite der Laseranordnung 10r zu erreichen. Beispielsweise ist es möglich, den Deckel leicht nach rechts oder links zu verschieben, sofern die Durchführungen im Rahmen 31 weiterhin mit den Metallisierungen 350 und Zuleitungen 351 auf der Unterseite des Deckels in Kontakt stehen. Dadurch wird die Abstrahlfläche 50 für das Gehäuse minimiert bzw. auf den gewünschten Wert eingestellt.Two additional bottom-emitting
Die beiden Substrate 10r und 10b sind auf zwei senkrecht zueinander stehenden Flächen zur Oberfläche 100o nahe der jeweiligen gemeinsamen Ecke 110 gebracht. Durchführungen durch das Substrat oder auch hier nicht dargestellte Bonddrähte erlauben eine Kontaktierung der jeweiligen Laseranordnungen 10r und 10b durch den Submount hindurch. Zu diesem Zweck kann dieser beispielsweise auf seiner Unterseite hohl sein, um so mögliche Metallisierungskontakte im Inneren des Submounts an die gewünschte Stelle zu den Durchführungen zu leiten. Auf der Oberseite 100o sind zwei weitere Laseranordnungen 10g als bottom Emitter Laser aufgebracht.The two
Bei einer geeigneten Ausgestaltung dieses Submounts ermöglicht diese Anordnung die Ausbildung von insgesamt vier einzelnen sehr kleinen Abstrahlflächen im Bereich von 50 µm bis 250 µm, die ihrerseits durch individuell an steuerbare Laseranordnungen gekennzeichnet sind. Abhängig von der Größe der Substrate und den geometrischen Abmessungen, insbesondere der bottom emittierenden Laser auf der Oberseite 100o können auf diese Weise vier Abstrahlflächen in einem definierten Abstand zueinander erzeugt werden. Zudem kann ein derartiges Submount sehr einfach gefertigt werden, in dem die verschiedenen Seiten erst separat voneinander bestückt werden. Anschließend lassen sich die einzelnen Flächen senkrecht zueinander zusammenfügen. Auf der jeweiligen Unterseite einer Fläche, welche dann die Innenseite des Submounts bildet, sind die Zuleitungen an die einzelnen Substrate aufgebracht. With a suitable design of this submount, this arrangement enables the formation of a total of four individual, very small radiation surfaces in the range of 50 µm to 250 µm, which in turn are characterized by individually controllable laser arrangements. Depending on the size of the substrates and the geometric dimensions, in particular the bottom-emitting laser on the top side 100o, four radiation surfaces can be created in this way at a defined distance from one another. Furthermore, such a submount can be manufactured very easily by first populating the various sides separately. The individual surfaces can then be joined together perpendicular to one another. The leads to the individual substrates are applied to the respective underside of a surface, which then forms the inside of the submount.
Neben dem hier dargestellten würfelförmigen Submount 100 lassen sich auch Quaderstrukturen, oder andere Formen in gleicher Weise ausgestalten. Beispielsweise ist es möglich, einen Polyeder mit sechs Seiten in Draufsicht in Form eines Hexaeders als Submount zu verwenden, wobei jede Ecke dieses Hexaeders wiederum eine eigene Strahlfläche mit drei Laseranordnungen umfasst.In addition to the cube-shaped
Die
Daneben umfasst das Gehäuse zweite weitere bottom emittierende Laser 10g, 10b, die direkt auf der Seitenwand über dem transparenten Bereich angeordnet sind. Ihre Anordnung und Befestigung erfolgen wie in den vorangegangenen Beispielen an der Innenseite der Wand über dem transparenten Bereich. Wie in der Vorderansicht der
In Schritt S2 wird ein Deckel bereitgestellt. Der Deckel umfasst in dieser Ausgestaltungsform eine Keramikglasverbindung, d. h. einen als Fenster fungierenden Glasanteil, der von einem keramischen Substrat umgeben ist. Das keramische Substrat dient zu einer verbesserten Wärmeabfuhr und wird in einem vorangegangenen Schritt dahingehend ausgestaltet, dass korrespondierende metallische Verbindungen auf das Keramiksubstrat aufgebracht werden. Dies kann beispielsweise durch Aufdampfen oder eine andere entsprechende Abscheideart erfolgen. Die metallischen Zuleitungen und Strukturen sind so ausgestaltet, dass sie zu Kontaktflächen auf der jeweiligen p-dotierten Seite der einzelnen Substrate der Laseranordnungen korrespondieren.In step S2, a cover is provided. In this embodiment, the cover comprises a ceramic-glass connection, i.e., a glass portion acting as a window, which is surrounded by a ceramic substrate. The ceramic substrate serves to improve heat dissipation and is configured in a preceding step such that corresponding metallic connections are applied to the ceramic substrate. This can be done, for example, by vapor deposition or another appropriate deposition method. The metallic leads and structures are configured to correspond to contact surfaces on the respective p-doped side of the individual substrates of the laser arrangements.
In einem nächsten Schritt S3 wird eine dünne Schicht auf die metallischen Verbindungen aufgebracht. Alternativ kann dieser Lotschicht auch die Laser gerade aufgebracht werden. Anschließend werden in Schritt S4 die Substrate mit den Lasergraten dem Lotmaterial zugewandt aufgebracht und so ausgerichtet, dass das Spiegelelement des jeweiligen Substrates dem transparenten Teilbereich des Deckels gegenüberliegt. Nach der Ausrichtung werden diese am Deckel befestigt, beispielsweise mit diesem verlötet oder anderweitig befestigt zu werden. Die Druckentlastung wird durch Elemente neben dem Lasergrat erreicht, der leicht über den Grat heraussteht, sodass dieser beim Aufsetzen und Andrücken keine zu große Kraft verspürt. Dies verbessert die Lebensdauer und verhinderte mögliche Beschädigungen beim Zusammenbau des Gehäuses mit den Laseranordnungen.In the next step S3, a thin layer is applied to the metallic connections. Alternatively, the laser can be applied straight onto this solder layer. Subsequently, in step S4, the substrates are applied with the laser burrs facing the solder material and aligned so that the mirror element of the respective substrate is opposite the transparent section of the cover. After alignment, they are attached to the cover, for example by soldering or other means. Pressure relief is achieved by elements next to the laser burr that protrude slightly over the burr so that it does not feel too much force when placed and pressed down. This improves the service life and prevents possible damage when assembling the housing with the laser arrangements.
Anschließend werden in Schritt S5 die erforderlichen Bonddrahtverbindungen erzeugt, indem die freiliegenden Kontakte auf der übrigen Oberfläche des Substrats mit entsprechenden Metallisierungen auf dem Deckel verbunden werden. Die Metallisierungen sind entlang der Innenseite der Keramikschicht nach außen geführt.Subsequently, in step S5, the required bond wire connections are created by connecting the exposed contacts on the remaining surface of the substrate to corresponding metallizations on the cover. The metallizations are routed outward along the inside of the ceramic layer.
Die Metallisierungen können nun zu Durchführungen führen, die auf der Oberseite der Keramikschicht an Kontaktflächen führen. Die Kontaktflächen sind beispielsweise um den transparenten Teilbereich des Deckels angeordnet. Alternativ sind diese Durchführungen in einem Rahmen angeordnet, der in Schritt S6 bereitgestellt wird.The metallizations can now lead to feedthroughs that lead to contact surfaces on the top side of the ceramic layer. The contact surfaces are arranged, for example, around the transparent portion of the cover. Alternatively, these feedthroughs are arranged in a frame provided in step S6.
Dieser umfasst in einigen Ausführungen dann seinerseits mehrere korrespondierend ausgerichtete Durchführungen. Der Deckel wird in Schritt S6 dann auf den Rahmen mit der Bodenplatte aufgesetzt und die entsprechende Metallisierung der Keramikschicht werden mit den Durchführungen verlötet. Dabei muss eine hermetische Verbindung nicht unbedingt erfolgen, da der Abstand zwischen den Spiegelelementen der Laseranordnung und dem transparenten Teilbereich des Deckels so gering ist, dass ein optischer Pinzetteneffekt nicht eintritt. Beispielsweise kann der Abstand lediglich einige Mikrometer bis beispielsweise 100 µm oder 200 µm betragen, wodurch ein optischer Pinzetteneffekt wirksam vermieden wird.In some embodiments, this in turn comprises several correspondingly aligned feedthroughs. In step S6, the cover is then placed on the frame with the base plate, and the corresponding metallization of the ceramic layer is soldered to the feedthroughs. A hermetic connection is not necessarily required, since the distance between the mirror elements of the laser array and the transparent portion of the cover is so small that an optical tweezer effect does not occur. For example, the distance can be as little as a few micrometers up to, for example, 100 µm or 200 µm, effectively preventing an optical tweezer effect.
BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE SYMBOLS
- 1010
- SubstratSubstrat
- 10b, 10g10b, 10g
- SubstratSubstrat
- 10r10r
- SubstratSubstrat
- 10'10'
- Seitenflächeside surface
- 1111
- KontaktbereichContact area
- 12, 12'12, 12'
- LasergratLaser burr
- 1313
- Passivierungsschichtpassivation layer
- 1414
- KontaktbereichContact area
- 2020
- SpiegelelementMirror element
- 2222
- Spiegelflächemirror surface
- 3131
- RahmenFrame
- 3232
- Bodenplattebase plate
- 3333
- KontaktflächenContact surfaces
- 3535
- DeckelLid
- 5050
- AbstrahlflächeRadiating surface
- 100100
- SubmountSubmount
- 100o100o
- Oberflächesurface
- 110110
- EckeCorner
- 121121
- hochreflektierendes Materialhighly reflective material
- 122122
- AusgangsfacetteOutput facet
- 350350
- MetallisierungMetallization
- 351351
- Zuleitungsupply line
- 351b351b
- Zuleitungsupply line
- 351r351r
- Zuleitungsupply line
- 351g351g
- Zuleitungsupply line
- 352352
- BonddrahtBonding wire
- LL
- LaserlichtLaser light
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|---|---|
| DE (1) | DE102023128400A1 (en) |
| WO (1) | WO2025083125A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2025083125A1 (en) | 2023-10-17 | 2025-04-24 | Ams-Osram International Gmbh | Housing with a laser arrangement, and method for producing a housing with a laser arrangement |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5563901A (en) * | 1994-05-25 | 1996-10-08 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Semiconductor laser array |
| US5703861A (en) * | 1995-02-24 | 1997-12-30 | Sony Corporation | Integrated confocal optical pick-up head with a hologram and a polarizer mounted on each side of a transparent heat sink |
| DE102012103257A1 (en) * | 2012-04-16 | 2013-10-17 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | laser diode device |
| US20170054269A1 (en) * | 2015-08-21 | 2017-02-23 | Oclaro Japan, Inc. | Optical module |
| DE102018105080A1 (en) * | 2018-03-06 | 2019-09-12 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | SEMICONDUCTOR LASER |
| US20200227888A1 (en) * | 2019-01-16 | 2020-07-16 | Nichia Corporation | Light emitting device and method of manufacturing light emitting device |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101952982B (en) * | 2007-12-21 | 2013-05-01 | 未来之光有限责任公司 | Nitride-based semiconductor light-emitting diode, nitride-based semiconductor laser element, manufacturing method thereof, and method for forming nitride-based semiconductor layer |
| WO2011065517A1 (en) * | 2009-11-30 | 2011-06-03 | 株式会社日立製作所 | Surface emission laser |
| US20110187878A1 (en) * | 2010-02-02 | 2011-08-04 | Primesense Ltd. | Synchronization of projected illumination with rolling shutter of image sensor |
| CN116885551A (en) * | 2018-12-12 | 2023-10-13 | 日亚化学工业株式会社 | Light emitting module |
| DE102020106638A1 (en) * | 2020-03-11 | 2021-09-16 | OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung | OPTOELECTRONIC SEMICONDUCTOR LASER COMPONENT AND OPTOELECTRONIC ARRANGEMENT |
| DE102023128400A1 (en) | 2023-10-17 | 2025-04-17 | Ams-Osram International Gmbh | Housing with laser arrangement and method for producing a housing with laser arrangement |
-
2023
- 2023-10-17 DE DE102023128400.2A patent/DE102023128400A1/en active Pending
-
2024
- 2024-10-17 WO PCT/EP2024/079339 patent/WO2025083125A1/en active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5563901A (en) * | 1994-05-25 | 1996-10-08 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Semiconductor laser array |
| US5703861A (en) * | 1995-02-24 | 1997-12-30 | Sony Corporation | Integrated confocal optical pick-up head with a hologram and a polarizer mounted on each side of a transparent heat sink |
| DE102012103257A1 (en) * | 2012-04-16 | 2013-10-17 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | laser diode device |
| US20170054269A1 (en) * | 2015-08-21 | 2017-02-23 | Oclaro Japan, Inc. | Optical module |
| DE102018105080A1 (en) * | 2018-03-06 | 2019-09-12 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | SEMICONDUCTOR LASER |
| US20200227888A1 (en) * | 2019-01-16 | 2020-07-16 | Nichia Corporation | Light emitting device and method of manufacturing light emitting device |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2025083125A1 (en) | 2023-10-17 | 2025-04-24 | Ams-Osram International Gmbh | Housing with a laser arrangement, and method for producing a housing with a laser arrangement |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2025083125A1 (en) | 2025-04-24 |
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Legal Events
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| R163 | Identified publications notified | ||
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: IMPULS LEGAL PARTG MBB, DE |