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WO2019076890A1 - Licht emittierendes bauelement - Google Patents

Licht emittierendes bauelement Download PDF

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WO2019076890A1
WO2019076890A1 PCT/EP2018/078237 EP2018078237W WO2019076890A1 WO 2019076890 A1 WO2019076890 A1 WO 2019076890A1 EP 2018078237 W EP2018078237 W EP 2018078237W WO 2019076890 A1 WO2019076890 A1 WO 2019076890A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
optical element
housing
laser diode
semiconductor laser
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2018/078237
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Jander
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority to US16/757,056 priority Critical patent/US11404845B2/en
Publication of WO2019076890A1 publication Critical patent/WO2019076890A1/de
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H01S5/024—Arrangements for thermal management
    • H01S5/02476—Heat spreaders, i.e. improving heat flow between laser chip and heat dissipating elements

Definitions

  • Laser radiation is used today for a variety of
  • infrared emitting laser diodes are used in processes
  • Runtime method also referred to as TOF method (TOF: "time of flight”) .Also fall under this as LIDAR
  • Light detection and ranging which are used both for optical distance and speed measurement and for remote measurement of atmospheric parameters, and so-called “structured light” method
  • laser diode-containing components are preferably used, the radiation preferably perpendicular to a
  • At least one deflection optics necessary which deflects the corresponding also also parallel to the mounting plane emitted laser beam in the vertical direction.
  • deflection optics necessary, which deflects the corresponding also also parallel to the mounting plane emitted laser beam in the vertical direction.
  • more or less complicated constructed and shaped deflection optics are known, which also desired by several deflection Beam properties, for example, in terms of
  • Polarization generate or preserve.
  • the semiconductor laser diode which may be designed in particular as a laser diode chip, is provided and configured to emit light during operation, at least at
  • Semiconductor laser diode at least one active layer, which is adapted and intended to generate light in operation in an active region.
  • the active layer may in particular be part of a semiconductor layer sequence with a plurality of semiconductor layers and a
  • the active layer may have exactly one active region.
  • infrared until red radiation is for example one
  • the semiconductor layer sequence or at least an active layer based on In x Ga y Al x - y As, for red to yellow radiation for example, a semiconductor layer sequence or at least an active layer based on In x Ga y Al x - y P and short wavelength visible Radiation, ie in particular in the range of green to blue light, and / or for UV radiation, for example, a semiconductor layer sequence or at least one active layer based on In x Ga y Ali_ x _ y N suitable, each O ⁇ x ⁇ l, O ⁇ y ⁇ l and x + y ⁇ 1.
  • Semiconductor laser diode has a coupling-out side and one of
  • Side surfaces of the semiconductor laser diode particularly preferably side surfaces of the semiconductor layer sequence, be, which can also be referred to as so-called facets.
  • the semiconductor laser diode can emit the laser light generated in the active region via the facet on the outcoupling side. Accordingly, the semiconductor laser diode may preferably be an edge-emitting semiconductor laser diode.
  • the Auskoppelseite and the back can appropriate optical coatings, in particular reflective or partially reflecting layers or layer sequences,
  • the mounting surface may in particular be an outer surface of the housing, by means of which the housing and thus the light-emitting component can be mounted on a suitable support.
  • Directions parallel to the mounting surface are here and hereinafter referred to as lateral directions, directions perpendicular to the mounting surface as vertical
  • an electrical contacting of the light-emitting component can also take place via the mounting surface.
  • connection areas that can form at least a portion of the mounting surface.
  • the housing and thus the light-emitting component may be particularly preferred
  • the housing may have a bottom element that has an outside that forms at least part of the mounting surface.
  • Floor element may be a printed circuit board, a lead frame, a ceramic substrate, in particular with electrical
  • the semiconductor laser diode may be arranged on one of the mounting surface opposite bottom surface.
  • the housing may have a housing recess, in which the semiconductor laser diode is arranged.
  • Housing recess can in particular by a wall element be formed, which is arranged on the bottom element and which surrounds a part of the bottom surface of the bottom element.
  • the wall element may for example be formed at least partially by a plastic and / or ceramic material.
  • Floor element and the wall element may in particular also form a coherent component and be manufactured in a common process step.
  • the bottom element and the wall element by forming a
  • Lead frame can be formed with a plastic material.
  • the semiconductor laser diode can be mounted in the housing such that the laser light has a maximum divergence in a plane parallel to the mounting surface. That can in the case of a
  • Edge-emitting semiconductor laser diode mean that the so-called fast axis of the laser light parallel to
  • Mounting surface is aligned.
  • the arrangement direction of the semiconductor layers of the semiconductor laser diode is therefore also aligned parallel to the mounting surface, so that the
  • Main extension planes of the semiconductor layers are parallel to the vertical direction. In other words, that is
  • the carrier element is preferably mounted on the bottom surface of the housing.
  • the carrier element can, for example, as
  • Heat sink for the semiconductor laser diode and continue to serve as a heat conductor, which in the operation of the
  • Carrier element have a ceramic component, which is a
  • the carrier element may have a substantially cuboid-like shape. Furthermore, the carrier element electrical
  • the bottom surface of the housing may have two electrical contact regions, and each of the contact layers of the carrier element may be electrically conductively connected to one of the contact regions of the carrier element.
  • the connection can be made for example via a wire connection.
  • one or each of the contact layers of the carrier element can be mounted on a respective one of the contact areas. For this purpose, a solder joint can be used.
  • the carrier element may have the contact layers on one edge or particularly preferably partially on the bottom surface facing the bottom surface.
  • the side surface on which the semiconductor laser diode is mounted may be provided with a structured metallization to electrical contact surfaces for the
  • the metallization may be structured such that at the lower edge of the side surface to the bottom of several electrically isolated Metal surfaces abut as contact surfaces.
  • the top can be metallized to make bond wire connections
  • the top can also not be metallized to make the production cheaper.
  • the underside can be described as described above
  • the carrier element is designed such that at the
  • the bottom edge of the side surface on which the semiconductor laser diode is mounted to abut electrically separate surfaces is not for electrical connection of the semiconductor laser diode
  • the semiconductor laser diode in the beam path of the laser light
  • the optical element has optically active surfaces, that is, surfaces that have one or more
  • the optical element is an integrally formed housing cover.
  • Housing cover may be the housing recess in which the
  • Semiconductor laser diode is arranged, particularly preferably completely cover.
  • the optical element serves at the same time to influence the laser light as well as a cover of the housing, so that the
  • the Interior is arranged.
  • the interior can through the
  • the term "completely cover” here and below also includes the case that, for example, a recess in the optical element and / or in the housing leaves a ventilation opening, so that the housing is not hermetically sealed with the optical element the optical element and the housing cover are formed by the same component, no further housing cover is necessary in addition to the optical element
  • the optical element may particularly preferably be the only component of the light-emitting component for influencing the laser light.
  • the optical element on a light input surface, a reflector surface and a light output surface.
  • the optical element in addition to the Lichteinkoppel requirements and Lichtauskoppel requirements have exactly one reflector surface. That the optical element exactly one reflector surface
  • the light outcoupling surface may be part of an outer surface of the optical element which is opposite to the mounting surface and formed by an upper side.
  • the light input surface and the reflector surface may parts of one of the mounting surface and thus the housing recess facing, by a
  • the laser light can pass through the light-coupling surface into the optical system
  • Element occur, are reflected at the reflector surface and emerge after reflection by the light outcoupling surface of the optical element and emitted by the light
  • Component be radiated in the desired direction.
  • Lichtauskoppel formula and in particular the reflector surface are each inclined to the beam direction of the laser light so that the laser light in a mounting surface in the
  • the light output surface may be part of a depression in the top surface of the housing facing away from the bottom surface of the housing be optical element.
  • the reflector surface may also be part of the survey in the bottom of the optical element.
  • the recess in the top can be in
  • the optical module be arranged in the vertical direction over the elevation in the bottom without lateral offset, so that the recess protrudes into the protruding to the bottom surface of the housing survey from the top.
  • the optical module be arranged in the vertical direction over the elevation in the bottom without lateral offset, so that the recess protrudes into the protruding to the bottom surface of the housing survey from the top.
  • the transparent material may in particular comprise or be a plastic such as silicone or epoxy or a glass.
  • the solid body and thus the optical element can be undercut free, so that the optical element can be produced in a simple manner by means of an injection molding process or other methods.
  • At least one or more or all surfaces are selected from the
  • Light output surface not parallel or not vertical or neither parallel nor perpendicular to the mounting surface.
  • the light coupling surface and the light coupling surface are parallel or not vertical or neither parallel nor perpendicular to the mounting surface.
  • Lichtauskoppel is non-parallel and non-perpendicular to each other.
  • the Lichteinkoppel is non-parallel and non-perpendicular to each other.
  • Light output surface can all flat, non-curved
  • Lichtauskoppel components are curved.
  • a curvature of an optically active surface for example, an influence on the beam shape can be achieved.
  • Such a curvature can, for example, also a lens shape, for example in the form of a
  • the laser light is reflected at the reflector surface by total reflection.
  • This may in particular mean that the reflector surface is inclined in relation to the beam direction of the laser light after its entry into the optical element by the light coupling surface such that as far as possible the entire laser light, also taking into account a beam divergence
  • the reflector surface can be embodied as a TIR surface (TIR: "totally internal reflection").
  • TIR totally internal reflection
  • the optical element can have a transparent material, which preferably has a refractive index of greater than or equal to 1.5 Furthermore, the transparent material may have a refractive index of less than or equal to 1.6
  • Reflector surface is applied a reflective coating. This can be achieved, for example, that the Inclination of the reflector surface can be selected independently of the condition for total reflection.
  • Diffractive structures can serve in particular for beam shaping.
  • Light input surface and / or the light output surface to be inclined by an angle to the course of the laser light to be coupled or coupled out, which corresponds to the Brewster angle.
  • the light incidence surface is inclined at an angle to the laser light, which deviates from the Brewster angle.
  • the deviation may be, for example, less than or equal to 10 °.
  • the optical element is preferably perfectly polarization-preserving or that a low influence, for example due to manufacturing tolerances, on the polarization by the
  • Properties of the optical element may occur.
  • the light coupling surface, the Reflector surface and the light outcoupling surface be the only optically active surfaces of the optical element.
  • the light detector may preferably be arranged in the lateral direction between the semiconductor laser diode and the light input surface. For example, by the above-described suitable choice of the inclination of
  • Light input surface to the beam path of the laser light a portion of the laser light from the light input surface can be reflected onto the light detector.
  • the optical element can be easily manufactured, since there is no
  • optical element In addition to injection molding, other manufacturing methods for the optical element can be used. In addition, there are only three optically active surfaces, which makes the production of the optical element easy and compared to optical elements with multiple reflective surfaces with the same quality of the optical
  • Figures 1A to 1D are schematic representations of a light
  • FIGS. 2 and 3 are schematic representations of parts of a light-emitting component according to a further exemplary embodiment and of a comparative example
  • Figure 4 is a schematic representation of a portion of a light emitting device according to another embodiment
  • Figure 5 is a schematic representation of a light
  • FIGS. 6A to 6D are schematic representations of
  • Carrier elements of light emitting devices according to further embodiments.
  • identical, identical or identically acting elements can each be provided with the same reference numerals.
  • the illustrated elements and their proportions with each other are not to be regarded as true to scale, but individual elements, such as layers, components, components and areas, for better presentation and / or better understanding may be exaggerated.
  • FIGS. 1A to 1D show an exemplary embodiment of a light-emitting component 100 according to FIG.
  • FIG. 1A shows a
  • the light-emitting device 100 has a housing 1 in which a semiconductor laser diode 2 in the form of a
  • Multimode laser diode chips is mounted.
  • Semiconductor laser diode 2 is formed in the embodiment shown as edge-emitting semiconductor laser diode and emits laser light 20 during operation via a Auskoppelfacette, as indicated in Figure 1B.
  • the transistors 2 are formed in the embodiment shown as edge-emitting semiconductor laser diode and emits laser light 20 during operation via a Auskoppelfacette, as indicated in Figure 1B.
  • the Auskoppelfacette as indicated in Figure 1B.
  • Semiconductor laser diode 2 as described in the general part at least one active area, the part of a
  • the light-emitting device 100 may be about the
  • the laser light 20 may be, for example, infrared light.
  • the light-emitting device 100 and in particular the semiconductor laser diode 2 for example, also be adapted to emit visible or ultraviolet light.
  • the housing 1 has a bottom element 10 and a wall element 11.
  • the bottom element 10 has an outer side which forms at least part of a mounting surface 12 of the light
  • the housing 1 has a laterally surrounded by the wall element 11
  • Housing recess 13 with a mounting surface 12 opposite bottom surface 14, on which the Semiconductor laser diode 2 is arranged. As indicated in FIGS. 1A and 1B, directions become parallel to
  • Mounting surface 12 referred to as lateral directions 91, while directions perpendicular to the mounting surface 12 as
  • the light-emitting device 100 may be surface-mountable.
  • the bottom element 10 has contact regions 15 which are formed by leadframe parts and which form connecting regions for electrical connection of the light-emitting component 100 on the mounting surface 12.
  • the bottom element 10 for example, a printed circuit board or a ceramic substrate with electrical
  • Housing material 16 in the form of a plastic, with which the contact areas 15 are formed or which is integrally formed on the contact areas 15.
  • the bottom element 10 and the wall element 11 are manufactured together in the exemplary embodiment shown and do not form separate housing components.
  • the wall element can also be attached to a previously manufactured floor element.
  • the wall element is at least partially formed by a part of the optical element 4 described below.
  • semiconductor laser diode 2 in a lateral direction 91 and thus emitted parallel to the mounting surface 12.
  • the optical axis of the laser light 20 is indicated in FIG. 1B.
  • the semiconductor laser diode 2 is mounted in the housing 1 such that the laser light 20 in a plane parallel to
  • Mounting surface 12 has a maximum divergence.
  • Direction with the maximum divergence is also called fast-axis, so that parallel to this
  • Mounting surface 12 is aligned. To achieve this, the semiconductor laser diode 2 is vertically mounted.
  • the light-emitting component 100 has a carrier element 5 with a perpendicular to the mounting surface 12 aligned
  • Contact layers take place, wherein one of the contact layers by means of a bonding wire 3 with the semiconductor laser diode 2 may be electrically connected.
  • the support element 5 is mounted on the bottom surface 14 of the housing 1 and can also serve as a heat sink and heat conductor for the heat generated in the semiconductor laser diode 2, to derive this to the bottom surface 14 and thus to the housing 1.
  • the carrier element 5 may comprise a ceramic component which has a side surface for mounting the carrier element 5
  • the carrier element 5 may particularly preferably have a substantially cuboid-like shape.
  • the contact layers of the carrier element 5 are electrically conductively connected to the contact regions 15 of the housing, this being achieved by a direct mounting on at least one of the contact regions 15 and / or by (not shown)
  • Embodiments of the carrier element 5 are described below, in particular in conjunction with FIGS. 6A to 6D.
  • the light-emitting component 100 has an optical element 4, which is arranged downstream of the semiconductor laser diode 2 in the beam path of the laser light 20.
  • the optical element 4 forms an integrally formed
  • the interior space may preferably be closed by the housing 1 and the housing cover in the form of the optical element 4 in such a way that, as far as possible, no harmful substances can pass from the surroundings to the semiconductor laser diode 2.
  • the optical element 4 has optically active surfaces, ie surfaces which can cause an influence of the laser light by refraction of light and / or diffraction of light and / or reflection.
  • the optical element 4 has a light input surface 41, exactly one reflector surface 42 and a light output surface 43.
  • Lichtauskoppel formula 43 is part of one of the mounting surface 12 of the housing 1 opposite, formed by an upper surface 44 outer surface of the optical element 4, the
  • Component 100 forms.
  • the light input surface 41 and the reflector surface 42 are parts of the mounting surface 12 and thus the housing recess 13 facing, by a Bottom 45 formed further outer surface of the optical element 4th
  • the optical element 4 is formed by a solid body of a transparent material.
  • the transparent material may in particular comprise or be a plastic such as silicone or epoxy or a glass.
  • the solid body can be as shown
  • optical element 4 can be produced by means of an injection molding process or other method in a simple manner.
  • the light input surface 41 and the reflector surface 42 are as shown part of a survey 46 in the bottom surface 14 of the housing 1 facing bottom 45 of the optical
  • Offset arranged so that the recess 47 protrudes into the elevation 46 from the top 44 forth.
  • the light input surface 41, the reflector surface 42 and the light output surface 43 can as in the present
  • Embodiment shown all flat, non-curved
  • At least one or more or all surfaces selected from the light incoupling surface 41, the reflector surface 42 and the light outcoupling surface 43 are curved.
  • a curvature of an optically active surface for example, a
  • Influencing the beam shape can be achieved. Furthermore, on at least one or more or all surfaces selected from the light coupling surface 41, the
  • Reflector surface 42 and the light output surface 43 may be applied to a diffractive structure, which may also serve the beam shaping.
  • the laser light 20 enters the optical element 4 through the light incoupling surface 41, is reflected at the one reflector surface 42 in the direction of the light outcoupling surface 43 and then through the light outcoupling surface 43 from the optical element 4 and thus from the light emissive device 100 coupled.
  • the light incoupling surface 41 and the light outcoupling surface 43 each form a Brewster window.
  • the light incoupling surface 41 and the light outcoupling surface 43 are thus each inclined at an angle to the beam direction of the laser light 20 to be coupled in or out, which corresponds to the Brewster angle, so that as few reflection losses as possible occur on these surfaces.
  • the reflector surface 42 is inclined so that the
  • the reflector surface 42 is formed in particular as a TIR surface, so that the laser light 20 through
  • Total reflection is directed to the light output surface 43.
  • the fast axis that is, the direction of maximum beam divergence, of the laser light 20 is oriented parallel to the mounting surface 12. This is done by the semiconductor laser diode 2 is mounted laterally on the support member 5 and this support member 5 is installed according to the housing 1, that the fast axis just the desired orientation, ie preferably parallel to the mounting surface 12 receives.
  • the optical element 4 which sets the laser light beam in the desired vertical
  • Discharge direction deflects, at the same time as a cover
  • the laser light 20 is separated by a single
  • Light input surface and / or the light output surface deflected in the desired outlet direction.
  • the light incoupling surface and / or the light outcoupling surface can be tilted against the beam axis as described so that no or only a certain proportion of the light is reflected at the boundary surfaces by the Brewster effect.
  • the light input surface 41 and / or the light output surface can be tilted against the beam axis as described so that no or only a certain proportion of the light is reflected at the boundary surfaces by the Brewster effect.
  • Reflector surface 42 can, as described, particularly preferably be embodied such that the reflection is effected by total internal reflection, which allows cost-effective production.
  • FIG. 2 shows a part of the light-emitting component for further clarification of some advantages of the invention
  • FIG. 3 shows a comparative example.
  • the double arrows 21 indicate the fast axis and the double arrows 22 indicate the slow axis of the laser light 20.
  • the fast axis and the slow axis are oriented rotated by 90 ° in accordance with the usual arrangement of laser diodes.
  • the solid lines of the laser light 20 each indicate the optical axis of the light beam, the dotted
  • Lines on both sides of the laser light 20 indicate the corresponding respective divergence of the light beam.
  • the fast axis of the laser light 20 lies as described in FIG. 3 through the beam axis and the surface normal 410 of the reflector surface 42
  • Refractive index of the optical element 4 is greater than about 1.60 would have to be.
  • the slow axis that is to say the direction of minimum beam divergence, lies in the plane through which
  • the minimum angle of incidence 411 is greater than in the case of the comparative example, so that in the case of the light-emitting component described here optical element can also be used transparent materials with a refractive index that is less than or equal to 1.60.
  • the refractive index here can also be greater than or equal to 1.50.
  • the optical element 4 from
  • the described arrangement of the semiconductor laser diode 2 is parallel to the normal 410 of the reflector surface 42, so that the laser light beam is not elliptically polarized by the TIR effect.
  • FIG. 4 shows, for the sake of clarity, only a part of a light-emitting component according to a further exemplary embodiment, which additionally has a light detector 6 in the form of a photodiode in comparison with the previous exemplary embodiment. All not shown below and not described features may be formed as in the previous embodiment.
  • Semiconductor laser diode 2 is mounted at a certain height, while the beam divergence perpendicular to the mounting surface 12 is minimal, it is possible to mount the optical element 4 at a certain lateral distance to the semiconductor laser diode 2, without the laser light beam strikes the bottom surface 14 of the housing. So there is a place available to as described above, the light detector 6 laterally between the semiconductor laser diode and the optical element
  • the light detector 6 can be arranged in particular on the bottom surface 14 and electrically connected there.
  • the light incoupling surface 41 By a suitable inclination of the light incoupling surface 41, which may deviate from the Brewster angle, it can be achieved that a part 23 of the laser light 20 is not coupled into the optical element 4, but is reflected onto the light detector 6. This makes it possible to obtain properties of the laser light 20, for example power, pulse energy, pulse shape, pulse width, time of a pulse, wavelength, etc. , to eat .
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of a light-emitting component 100, which likewise has a light detector 6 in comparison with the exemplary embodiment of FIGS. 1A to 1D.
  • the coupling angle so the
  • Beam axis of the laser light for example, 45 °
  • the carrier element 5 is different than in the embodiment of Figures 1A to 1D to two
  • the carrier element 5 has a groove in the underside, so that the carrier element 5 above the bead 17, by overmolding the parting line
  • Embodiments of the carrier element 5 are shown, wherein the carrier element 5 shown in Figure 6A that of the
  • Embodiment of Figures 1A to 1D and the carrier element 5 shown in Figure 6D to that of the embodiment of Figure 5 corresponds.
  • the mounted semiconductor laser diode 2 (without bonding wire connection) is additionally shown in FIGS. 6B to 6D.
  • the carrier element 5 shown in FIG. 6A like the further exemplary embodiments, essentially has a cuboid shape with a bottom side 51, side surfaces 52 and a top side 53.
  • the bottom 51 is the
  • Carrier element 5 mounted on the bottom surface of the housing.
  • the carrier element 5 has on the upper side 53 on the entire surface of a contact layer 55 in the form of a metallization, which extends to the side surface 52. Furthermore, a corresponding contact layer 55 is also provided on this side face 52 provided for mounting the semiconductor laser diode
  • the contact layer 55 may be on the
  • underside 51 Extend underside 51 and also these preferably completely cover.
  • the contact layer 55 arranged on the side surface can be connected to a contact region of the housing on which the
  • Carrier element is arranged, particularly preferably electrically conductively connected, while the contact layer 55 applied to the top 53 with another Contact area can be electrically connected by a wire connection.
  • the underside 51 is free of the contact layer, while the contact layer 55 is structured on the side surface 52.
  • the contact with contact areas of the housing can in this case over the
  • the carrier element 5 shown in FIG. 6C has a furrow 56 in addition to the previous exemplary embodiment
  • the carrier element 5 shown in FIG. 6D also has a contact layer 55 on the underside 51 for easier contacting
  • Embodiments are combined with each other, even if not all combinations are explicitly described.
  • the invention is not limited by the description based on the embodiments of these. Rather, it includes The invention relates to any novel feature as well as any combination of features, which in particular includes any combination of features i the claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly in the

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Abstract

Es wird ein Licht emittierendes Bauelement (100) angegeben, das ein Gehäuse (1) mit einer Montagefläche (12) und einer Gehäusevertiefung (13) aufweist, wobei in der Gehäusevertiefung eine Halbleiterlaserdiode (2) angeordnet ist, die dazu vorgesehen und eingerichtet ist, im Betrieb Laserlicht (20) in eine Richtung parallel zur Montagefläche (12) abzustrahlen, wobei ein optisches Element (4) der Halbleiterlaserdiode im Strahlengang des Laserlichts nachgeordnet ist, wobei die Halbleiterlaserdiode derart im Gehäuse montiert ist, dass das Laserlicht in einer Ebene parallel zur Montagefläche eine maximale Divergenz aufweist, wobei das optische Element eine Lichteinkoppelfläche (41), genau eine Reflektorfläche (42) und eine Lichtauskoppelfläche (43) aufweist, wobei das optische Element eine einstückig ausgebildete Gehäuseabdeckung ist, die die Gehäusevertiefung, in der die Halbleiterlaserdiode angeordnet ist, vollständig bedeckt, und wobei die Lichtauskoppelfläche Teil einer der Montagefläche gegenüberliegenden Außenfläche des optischen Elements ist.

Description

Beschreibung
LICHT EMITTIERENDES BAUELEMENT Es wird ein Licht emittierendes Bauelement angegeben.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2017 124 147.7, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Laserstrahlung wird heutzutage für eine Vielzahl von
Anwendungen verwendet. Beispielsweise finden infrarotes Licht emittierende Laserdioden Verwendung in Verfahren
beispielsweise zur Abstandsmessung wie etwa
Laufzeitverfahren, auch als TOF-Verfahren (TOF: „time of flight") bezeichnet. Ebenso fallen hierunter als LIDAR
(„light detection and ranging") bezeichnete Verfahren, die sowohl zur optischen Abstands- und Geschwindigkeitsmessung als auch zur Fernmessung atmosphärischer Parameter eingesetzt werden, sowie sogenannte „Structured-Light"-Verfahren
beispielsweise zum Abrastern dreidimensionaler Objekte sowie zum Einstellen eines Kamerafokus. Bei derartigen Anwendungen werden bevorzugt Laserdioden-enthaltende Bauteile verwendet, die eine Abstrahlung bevorzugt senkrecht zu einer
Bauteilmontageebene erlauben. Da die Laserdioden im Hinblick auf deren üblichen Schichtaufbau parallel zur Montageebene in den bekannten Bauteilen montiert werden, ist jeweils
zumindest eine Umlenkoptik notwendig, die den entsprechend ebenfalls parallel zur Montagebene emittierten Laserstrahl in die senkrechte Richtung umlenkt. Hierzu sind mehr oder minder kompliziert aufgebaute und ausgeformte Umlenkoptiken bekannt, die durch mehrere Umlenkschritte auch gewünschte Strahleigenschaften, beispielsweise im Hinblick auf die
Polarisation, erzeugen oder bewahren.
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein Licht emittierendes Bauelement mit einer
Halbleiterlaserdiode anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand gemäß dem
unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen und Weiterbildungen des Gegenstands sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor . Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein Licht
emittierendes Bauelement eine Halbleiterlaserdiode auf. Die Halbleiterlaserdiode, die insbesondere als Laserdiodenchip ausgebildet sein kann, ist dazu vorgesehen und eingerichtet, im Betrieb Licht abzustrahlen, das zumindest bei
Überschreiten bestimmter Schwellenbedingungen Laserlicht ist. Vereinfachend wird daher im Folgenden davon gesprochen, dass die Halbleiterlaserdiode im Betrieb Laserlicht abstrahlt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Halbleiterlaserdiode zumindest eine aktive Schicht auf, die dazu eingerichtet und vorgesehen ist, im Betrieb in einem aktiven Bereich Licht zu erzeugen. Die aktive Schicht kann insbesondere Teil einer Halbleiterschichtenfolge mit einer Mehrzahl von Halbleiterschichten sein und eine
Haupterstreckungsebene aufweisen, die senkrecht zu einer
Anordnungsrichtung der Schichten der Halbleiterschichtenfolge ist. Beispielsweise kann die aktive Schicht genau einen aktiven Bereich aufweisen. Für eine langwellige, infrarote bis rote Strahlung ist beispielsweise eine
Halbleiterschichtenfolge oder zumindest eine aktive Schicht auf Basis von InxGayAli-x-yAs , für rote bis gelbe Strahlung beispielsweise eine Halbleiterschichtenfolge oder zumindest eines aktive Schicht auf Basis von InxGayAli-x-yP und für kurzwellige sichtbare Strahlung, also insbesondere im Bereich von grünem bis blauem Licht, und/oder für UV-Strahlung beispielsweise eine Halbleiterschichtenfolge oder zumindest eine aktive Schicht auf Basis von InxGayAli_x_yN geeignet, wobei jeweils O ^ x ^ l, O ^ y ^ l und x + y < 1 gilt.
Begriffe wie „senkrecht" oder „parallel" können hier und im Folgenden jeweils eine genaue senkrechte oder parallele Anordnung bezeichnen. Weiterhin können senkrechte oder parallele Anordnungen jeweils auch um einen geringen Winkel, der beispielsweise einer Fertigungstoleranz geschuldet sein kann und der beispielsweise kleiner oder gleich 10° oder kleiner oder gleich 5° oder kleiner oder gleich 3° oder kleiner oder gleich 1° sein kann, von der jeweils genauen Anordnung abweichen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Halbleiterlaserdiode eine Auskoppelseite und eine der
Auskoppelseite gegenüberliegende Rückseite auf. Die
Auskoppelseite und die Rückseite können insbesondere
Seitenflächen der Halbleiterlaserdiode, besonders bevorzugt Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge, sein, die auch als sogenannte Facetten bezeichnet werden können. Über die Facette auf der Auskoppelseite kann die Halbleiterlaserdiode im Betrieb das im aktiven Bereich erzeugte Laserlicht abstrahlen. Entsprechend kann die Halbleiterlaserdiode bevorzugt eine kantenemittierende Halbleiterlaserdiode sein. Auf der Auskoppelseite und der Rückseite können geeignete optische Beschichtungen, insbesondere reflektierende oder teilreflektierende Schichten oder Schichtenfolgen,
aufgebracht sein, die einen optischen Resonator für das in der aktiven Schicht erzeugte Licht bilden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Licht
emittierende Bauelement ein Gehäuse mit einer Montagefläche auf. Die Montagefläche kann insbesondere eine Außenfläche des Gehäuses sein, mittels derer das Gehäuse und somit das Licht emittierende Bauelement auf einem geeigneten Träger montiert werden kann. Richtungen parallel zur Montagefläche werden hier und im Folgenden als laterale Richtungen bezeichnet, Richtungen senkrecht zur Montagefläche als vertikale
Richtungen .
Besonders bevorzugt kann über die Montagefläche auch eine elektrische Kontaktierung des Licht emittierenden Bauelements erfolgen. Hierzu kann das Gehäuse geeignete elektrische
Anschlussbereiche aufweisen, die zumindest einen Teil der Montagefläche bilden können. Das Gehäuse und damit das Licht emittierende Bauelement kann besonders bevorzugt
oberflächenmontierbar sein. Beispielsweise kann das Gehäuse ein Bodenelement aufweisen, das eine Außenseite aufweist, die zumindest einen Teil der Montagefläche bildet. Das
Bodenelement kann eine Leiterplatte, einen Leiterrahmen, ein Keramiksubstrat, insbesondere mit elektrischen
Kontaktbereichen, oder ähnliche Bauteile aufweisen. Auf einer der Montagefläche gegenüber liegenden Bodenfläche kann die Halbleiterlaserdiode angeordnet sein.
Weiterhin kann das Gehäuse eine Gehäusevertiefung aufweisen, in der die Halbleiterlaserdiode angeordnet ist. Die
Gehäusevertiefung kann insbesondere durch ein Wandelement gebildet sein, das auf dem Bodenelement angeordnet ist und das einen Teil der Bodenfläche des Bodenelements umgibt. Das Wandelement kann beispielsweise zumindest teilweise durch ein Kunststoff- und/oder Keramikmaterial gebildet sein. Das
Bodenelement und das Wandelement können insbesondere auch ein zusammenhängendes Bauteil bilden und in einem gemeinsamen Verfahrensschritt gefertigt werden. Beispielsweise können das Bodenelement und das Wandelement durch Umformen eines
Leiterrahmens mit einem Kunststoffmaterial gebildet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die
Halbleiterlaserdiode in der Gehäusevertiefung derart
angeordnet, dass das Laserlicht von der Halbleiterlaserdiode in einer lateralen Richtung, also in einer Richtung parallel zur Montagefläche, abgestrahlt wird. Insbesondere kann die Halbleiterlaserdiode derart im Gehäuse montiert sein, dass das Laserlicht in einer Ebene parallel zur Montagefläche eine maximale Divergenz aufweist. Das kann im Falle einer
kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode bedeuten, dass die sogenannte Fast-Axis das Laserlichts parallel zur
Montagefläche ausgerichtet ist. Die Anordnungsrichtung der Halbleiterschichten der Halbleiterlaserdiode ist also auch parallel zur Montagefläche ausgerichtet, so dass die
Haupterstreckungsebenen der Halbleiterschichten parallel zur vertikalen Richtung sind. Mit anderen Worten ist die
Halbleiterlaserdiode bevorzugt anstelle der üblichen
parallelen Montageweise beim hier beschriebenen Licht
emittierenden Bauelement in Bezug auf die
Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten senkrecht zur Montagefläche beziehungsweise parallel zur vertikalen
Richtung eingebaut. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die
Halbleiterlaserdiode auf einem Trägerelement montiert. Das Trägerelement ist bevorzugt auf der Bodenfläche des Gehäuses montiert. Das Trägerelement kann beispielsweise als
Wärmesenke für die Halbleiterlaserdiode und weiterhin als Wärmeleiter dienen, der die im Betrieb der
Halbleiterlaserdiode erzeugte Wärme zur Bodenfläche und damit zum Gehäuse ableiten kann. Beispielsweise kann das
Trägerelement ein Keramikbauteil aufweisen, das eine
Seitenfläche zur Montage der Halbleiterlaserdiode und eine senkrecht dazu ausgerichtete Unterseite zur Anordnung auf der Bodenfläche des Gehäuses aufweist. Besonders bevorzugt kann das Trägerelement im Wesentlichen eine Quader-artige Form aufweisen. Weiterhin kann das Trägerelement elektrische
Kontaktschichten aufweisen, an die die Halbleiterlaserdiode elektrisch angeschlossen ist. Die Bodenfläche des Gehäuses kann zwei elektrische Kontaktbereiche aufweisen und jede der Kontaktschichten des Trägerelements kann mit jeweils einem der Kontaktbereiche des Trägerelements elektrisch leitend verbunden sein. Der Anschluss kann beispielsweise über eine Drahtverbindung erfolgen. Weiterhin kann eine oder jede der Kontaktschichten des Trägerelements auf jeweils einem der Kontaktbereiche montiert sein. Hierzu kann eine Lotverbindung verwendet werden. Das Trägerelement kann die Kontaktschichten an einer Kante oder besonders bevorzugt teilweise auf der der Bodenfläche zugewandten Unterseite aufweisen.
Die Seitenfläche, auf der die Halbleiterlaserdiode befestigt wird, kann mit einer strukturierten Metallisierung versehen werden, um elektrische Kontaktflächen für die
Halbleiterlaserdiode herstellen zu können. Die Metallisierung kann derart strukturiert sein, dass an der Unterkante der Seitenfläche zur Unterseite mehrere elektrisch getrennte Metallflächen als Kontaktflächen anliegen. Die Oberseite kann metallisiert sein, um dort Bonddraht-Verbindungen
aufzusetzen. Alternativ kann die Oberseite auch nicht metallisiert sein, um die Herstellung kostengünstiger zu gestalten. Die Unterseite kann wie vorab beschrieben
metallisiert sein, um einen sicheren elektrischen Kontakt zu gewährleisten. Weiterhin kann die Unterseite auch nicht metallisiert sein, um die Herstellung kostengünstiger zu gestalten. Außerdem kann in der Unterseite eine Furche vorhanden sein, die es ermöglicht, das Trägerelement auf elektrisch getrennten Kontaktbereichen zu befestigen, auch wenn zwischen diesen eine Trennfuge vorhanden ist, die nicht planar mit den Kontaktbereichen ist. Wird das Trägerelement derart ausgeführt, dass an der
Unterkante der Seitenfläche, auf der die Halbleiterlaserdiode montiert ist, elektrisch getrennte Flächen anliegen, ist zum elektrischen Anschluss der Halbleiterlaserdiode keine
Bonddraht-Verbindung zwischen dem Trägerelement und dem
Gehäuse notwendig. Zum einen kann dies den
Herstellungsaufwand reduzieren, zum anderen kann es für gepulste Halbleiterlaserdioden die minimal erreichbare
Pulslänge reduzieren, da die elektrischen Pulse nicht durch Induktivitäten der Bonddrähte verbreitert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Licht
emittierende Bauelement ein optisches Element auf, das der Halbleiterlaserdiode im Strahlengang des Laserlichts
nachgeordnet ist. Das optische Element weist optisch aktive Flächen auf, also Flächen, die über einen oder mehrere
Effekte ausgewählt aus Lichtbrechung, Lichtbeugung und
Reflexion eine Änderung das Laserlichts in Bezug auf dessen Strahlrichtung und/oder andere Strahlcharakteristika
bewirken .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das optische Element eine einstückig ausgebildete Gehäuseabdeckung. Die
Gehäuseabdeckung kann die Gehäusevertiefung, in der die
Halbleiterlaserdiode angeordnet ist, besonders bevorzugt vollständig bedecken. Mit anderen Worten dient das optische Element gleichzeitig der Beeinflussung des Laserlichts als auch einer Abdeckung des Gehäuses, so dass die
Halbleiterlaserdiode besonders bevorzugt in einem durch die abgedeckte Gehäusevertiefung gebildeten abgeschlossenen
Innenraum angeordnet ist. Der Innenraum kann durch das
Gehäuse und die Gehäuseabdeckung in Form des optischen
Elements bevorzugt derart abgeschlossen sein, dass möglichst keine schädigenden Stoffe aus der Umgebung zur
Halbleiterlaserdiode gelangen können. Weiterhin schließt die Formulierung „vollständig bedecken" hier und im Folgenden auch den Fall ein, dass beispielsweise durch eine Vertiefung im optischen Element und/oder im Gehäuse eine Lüftungsöffnung verbleibt, so dass das Gehäuse mit dem optischen Element nicht hermetisch abgeschlossen ist. Dadurch, dass das optische Element und die Gehäuseabdeckung durch dasselbe Bauteil gebildet werden, ist zusätzlich zum optischen Element keine weitere Gehäuseabdeckung notwendig. Weiterhin kann das optische Element besonders bevorzugt das einzige Bauteil des Licht emittierenden Bauelements zur Strahlbeeinflussung des Laserlichts sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das optische
Element eine Lichteinkoppelfläche, eine Reflektorfläche und eine Lichtauskoppelfläche auf. Insbesondere kann das optische Element zusätzlich zur Lichteinkoppelfläche und Lichtauskoppelfläche genau eine Reflektorfläche aufweisen. Dass das optische Element genau eine Reflektorfläche
aufweist, bedeutet, dass das Laserlicht innerhalb des optischen Elements genau nur an dieser einen Fläche des optischen Elements reflektiert wird. Die Lichtauskoppelfläche kann insbesondere Teil einer der Montagefläche gegenüber liegenden, durch eine Oberseite gebildeten Außenfläche des optischen Elements sein. Die Lichteinkoppelfläche und die Reflektorfläche können Teile einer der Montagefläche und somit der Gehäusevertiefung zugewandten, durch eine
Unterseite gebildeten weiteren Außenfläche des optischen Elements sein.
Im Betrieb des Licht emittierenden Bauelements kann das Laserlicht durch die Lichteinkoppelfläche in das optische
Element eintreten, an der Reflektorfläche reflektiert werden und nach der Reflexion durch die Lichtauskoppelfläche aus dem optischen Element austreten und vom Licht emittierenden
Bauelement in der gewünschten Richtung abgestrahlt werden. Insbesondere können die Lichteinkoppelfläche und die
Lichtauskoppelfläche und insbesondere die Reflektorfläche jeweils derart zur Strahlrichtung des Laserlichts geneigt sein, dass das Laserlicht in einer zur Montagefläche im
Wesentlichen senkrechten Richtung aus dem optischen Element und damit aus dem Licht emittierenden Bauelement austritt. „Im Wesentlichen senkrecht" kann hierbei eine genau
senkrechte Abstrahlung oder auch eine Abstrahlung bedeuten, die von einer genau senkrechten Abstrahlung um einen Winkel von kleiner oder gleich 15° oder kleiner oder gleich 10° oder kleiner oder gleich 5° oder kleiner oder gleich 3° abweicht.
Die Lichtauskoppelfläche kann Teil einer Vertiefung in der der Bodenfläche des Gehäuses abgewandten Oberseite des optischen Elements sein. Weiterhin kann die
Lichteinkoppelfläche Teil einer Erhebung in der der
Bodenfläche des Gehäuses zugewandten und damit der Oberseite abgewandten Unterseite des optischen Elements sein. Weiterhin kann die Reflektorfläche ebenfalls Teil der Erhebung in der Unterseite des optischen Elements sein. Insbesondere können die Lichteinkoppelfläche, die Reflektorfläche und die
Lichtauskoppelfläche jeweils Außenflächen des optischen
Elements ein. Die Vertiefung in der Oberseite kann in
vertikaler Richtung über der Erhebung in der Unterseite ohne lateralen Versatz angeordnet sein, so dass die Vertiefung in die zur Bodenfläche des Gehäuses ragende Erhebung von der Oberseite her hineinragt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das optische
Element einen Vollkörper aus einem transparenten Material auf, der Außenflächen aufweist, die die Lichteinkoppelfläche, die Reflektorfläche und die Lichtauskoppelfläche bilden. Das transparente Material kann insbesondere einen Kunststoff wie etwa Silikon oder Epoxid oder ein Glas aufweisen oder daraus sein. Besonders bevorzugt kann der Vollkörper und somit das optische Element hinterschneidungsfrei sein, so dass das optische Element mittels eines Spritzgussverfahrens oder anderen Verfahren auf einfache Weise herstellbar sein kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind zumindest eine oder mehrere oder alle Flächen ausgewählt aus der
Lichteinkoppelfläche, der Reflektorfläche und der
Lichtauskoppelfläche nicht parallel oder nicht senkrecht oder weder parallel noch senkrecht zur Montagefläche. Insbesondere können auch die Lichteinkoppelfläche und die
Lichtauskoppelfläche nicht-parallel und nicht-senkrecht zueinander sein. Besonders bevorzugt können die Lichteinkoppelfläche, die Reflektorfläche und die Lichtauskoppelfläche jeweils paarweise nicht-parallel und nicht-senkrecht zueinander sein. Die Lichteinkoppelfläche, die Reflektorfläche und die
Lichtauskoppelfläche können alle ebene, nicht-gekrümmte
Flächen sein. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass zumindest eine oder mehrere oder alle Flächen ausgewählt aus der Lichteinkoppelfläche, der Reflektorfläche und der
Lichtauskoppelfläche gekrümmt sind. Durch eine Krümmung einer optisch aktiven Fläche kann beispielsweise eine Beeinflussung der Strahlform erreicht werden. Eine derartige Krümmung kann beispielsweise auch eine Linsenform, etwa in Form einer
Fresnel-Linse, bilden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Laserlicht an der Reflektorfläche durch Totalreflexion reflektiert. Das kann insbesondere bedeuten, dass die Reflektorfläche in Bezug auf die Strahlrichtung des Laserlichts nach dessen Eintritt in das optische Element durch die Lichteinkoppelfläche derart geneigt ist, dass möglichst das gesamte Laserlicht, auch unter Berücksichtigung einer Strahldivergenz, durch
Totalreflexion an der Reflektorfläche in Richtung der
Lichtauskoppelfläche reflektiert wird. Die Reflektorfläche kann in diesem Fall als TIR-Fläche (TIR: „total internal reflection") ausgebildet sein. Das optische Element kann, wie weiter oben beschrieben ist, ein transparentes Material auf weisen, das bevorzugt einen Brechungsindex von größer oder gleich 1,5 aufweist. Weiterhin kann das transparente Material einen Brechungsindex von kleiner oder gleich 1,6 aufweisen. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass auf der
Reflektorfläche eine reflektierende Beschichtung aufgebracht ist. Hierdurch kann beispielsweise erreicht werden, dass die Neigung der Reflektorfläche unabhängig von der Bedingung für eine Totalreflexion gewählt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist auf zumindest einer oder mehreren oder allen Flächen ausgewählt aus der
Lichteinkoppelfläche, der Reflektorfläche und der
Lichtauskoppelfläche eine diffraktive Struktur aufgebracht. Diffraktive Strukturen können insbesondere der Strahlformung dienen .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform bilden die
Lichteinkoppelfläche und/oder die Lichtauskoppelfläche ein Brewster-Fenster . Mit anderen Worten können die
Lichteinkoppelfläche und/oder die Lichtauskoppelfläche um einen Winkel zum Verlauf des einzukoppelnden beziehungsweise auszukoppelnden Laserlichts geneigt sein, der dem Brewster- Winkel entspricht. Alternativ hierzu kann beispielsweise die Lichteinkoppelfläche in einem Winkel zum Laserlicht geneigt ist, der vom Brewster-Winkel abweicht. Die Abweichung kann beispielsweise kleiner oder gleich 10° sein. Durch die Wahl der Neigung der Lichteinkoppelfläche zum Strahlverlauf des Laserlichts kann eingestellt werden, ob und welcher Teil des Laserlichts an der Lichteinkoppelfläche reflektiert wird. Besonders bevorzugt kann das hier beschriebene optische
Element im Wesentlichen polarisationserhaltend für das
Laserlicht sein. Das kann bedeuten, dass das optische Element bevorzugt perfekt polarisationserhaltend ist oder dass ein geringer, beispielsweise durch Fertigungstoleranzen nicht zu vermeidender Einfluss auf die Polarisation durch die
Eigenschaften des optischen Elements auftreten kann.
Weiterhin können die Lichteinkoppelfläche, die Reflektorfläche und die Lichtauskoppelfläche die einzigen optisch aktiven Flächen des optischen Elements sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist im Gehäuse ein
Lichtdetektor angeordnet. Der Lichtdetektor kann bevorzugt in lateraler Richtung zwischen der Halbleiterlaserdiode und der Lichteinkoppelfläche angeordnet sein. Beispielsweise durch die vorab beschriebene geeignete Wahl der Neigung der
Lichteinkoppelfläche zum Strahlverlauf des Laserlichts kann ein Teil des Laserlichts von der Lichteinkoppelfläche auf den Lichtdetektor reflektiert werden.
Ein Vorteil des hier beschriebenen Licht emittierenden
Bauelements besteht darin, dass das optische Element auf einfache Weise hergestellt werden kann, da es keinen
Hinterschnitt aufweisen muss. Damit können neben Spritzguss auch andere Herstellungsverfahren für das optische Element verwendet werden. Außerdem gibt es nur drei optisch aktive Oberflächen, was die Herstellung des optischen Elements einfach hält und im Vergleich zu Optikelementen mit mehreren reflektierenden Flächen bei gleicher Güte der optischen
Oberflächen eine geringere Strahlverzerrung bewirkt.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und
Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in
Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispielen .
Es zeigen:
Figuren 1A bis 1D schematische Darstellungen eines Licht
emittierenden Bauelements sowie Teilen davon gemäß einem Ausführungsbeispiel, Figuren 2 und 3 schematische Darstellungen von Teilen eines Licht emittierenden Bauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und eines Vergleichsbeispiels,
Figur 4 eine schematische Darstellung eines Teils eines Licht emittierenden Bauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel , Figur 5 eine schematische Darstellung eines Licht
emittierenden Bauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und
Figuren 6A bis 6D schematische Darstellungen von
Trägerelementen von Licht emittierenden Bauelementen gemäß weiteren Ausführungsbeispielen.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
In den Figuren 1A bis 1D ist ein Ausführungsbeispiel für ein Licht emittierendes Bauelement 100 gemäß einem
Ausführungsbeispiel gezeigt. Die Figur 1A zeigt eine
aufgeschnittene dreidimensionale Darstellung des Bauelements, während die Figur 1B eine zweidimensionale Schnittdarstellung zeigt. In den Figuren IC und 1D sind das optische Element 4 und das Gehäuse 1 einzeln dargestellt. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich gleichermaßen auf die Figuren 1A bis ID.
Das Licht emittierende Bauelement 100 weist ein Gehäuse 1 auf, in dem eine Halbleiterlaserdiode 2 in Form eines
Multimode-Laserdiodenchips montiert ist. Die
Halbleiterlaserdiode 2 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als kantenemittierende Halbleiterlaserdiode ausgebildet und strahlt im Betrieb über eine Auskoppelfacette Laserlicht 20 ab, wie in Figur 1B angedeutet ist. Hierzu weist die
Halbleiterlaserdiode 2 wie im allgemeinen Teil beschrieben zumindest einen aktiven Bereich auf, der Teil einer
Halbleiterschichtenfolge mit geeignet gewählten
Halbleitermaterialen ist. Der Aufbau von
Halbleiterlaserdioden ist dem Fachmann bekannt und wird daher hier nicht weiter ausgeführt.
Das Licht emittierende Bauelement 100 kann etwa zur
Verwendung in TOF-, LIDAR oder S-L-Anwendungen vorgesehen und eingerichtet sein, so dass das Laserlicht 20 beispielsweise infrarotes Licht sein kann. Alternativ hierzu sind auch andere Anwendungen möglich, für die das Licht emittierende Bauelement 100 und insbesondere die Halbleiterlaserdiode 2 beispielsweise auch eingerichtet sein kann, sichtbares oder ultraviolettes Licht abzustrahlen.
Das Gehäuse 1 weist ein Bodenelement 10 und ein Wandelement 11 auf. Das Bodenelement 10 weist eine Außenseite auf, die zumindest einen Teil einer Montagefläche 12 des Licht
emittierenden Bauelements 100 bildet. Weiterhin weist das Gehäuse 1 eine lateral vom Wandelement 11 umgebene
Gehäusevertiefung 13 mit einer der Montagefläche 12 gegenüber liegenden Bodenfläche 14 auf, auf der die Halbleiterlaserdiode 2 angeordnet ist. Wie in den Figuren 1A und 1B angedeutet ist, werden Richtungen parallel zur
Montagefläche 12 als laterale Richtungen 91 bezeichnet, während Richtungen senkrecht zur Montagefläche 12 als
vertikale Richtungen 92 bezeichnet werden.
Mit der Montagefläche 12 kann das Licht emittierende
Bauelement 100 auf einem externen Träger montiert werden. Insbesondere kann das Licht emittierende Bauelement 100 oberflächenmontierbar sein. Das Bodenelement 10 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel hierzu Kontaktbereiche 15 auf, die durch Leiterrahmenteile gebildet werden und die auf der Montagefläche 12 Anschlussbereiche zum elektrischen Anschluss des Licht emittierenden Bauelements 100 bilden. Alternativ hierzu kann das Bodenelement 10 beispielsweise auch eine Leiterplatte oder ein Keramiksubstrat mit elektrischen
Kontaktbereichen aufweisen.
Weiterhin weisen das Bodenelement 10 sowie auch das
Wandelement 11 im gezeigten Ausführungsbeispiel ein
Gehäusematerial 16 in Form eines Kunststoffs auf, mit dem die Kontaktbereiche 15 umformt sind beziehungsweise das an die Kontaktbereiche 15 angeformt ist. Das Bodenelement 10 und das Wandelement 11 im gezeigten Ausführungsbeispiel gemeinsam gefertigt und bilden keine getrennten Gehäusekomponenten.
Alternativ hierzu kann das Wandelement aber auch an ein zuvor gefertigtes Bodenelement angefügt werden. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass das Wandelement zumindest teilweise durch einen Teil des weiter unten beschriebenen optischen Elements 4 gebildet wird.
Wie insbesondere in Figur 1B erkennbar ist, ist die
Halbleiterlaserdiode 2 in der Gehäusevertiefung 13 derart angeordnet, dass das Laserlicht 20 von der
Halbleiterlaserdiode 2 in einer lateralen Richtung 91 und somit parallel zur Montagefläche 12 abgestrahlt wird. In Figur 1B ist dabei der Übersichtlichkeit halber nur die optische Achse des Laserlichts 20 angedeutet. Insbesondere ist die Halbleiterlaserdiode 2 derart im Gehäuse 1 montiert, dass das Laserlicht 20 in einer Ebene parallel zur
Montagefläche 12 eine maximale Divergenz aufweist. Die
Richtung mit der maximalen Divergenz wird auch als Fast-Axis bezeichnet, so dass entsprechend diese parallel zur
Montagefläche 12 ausgerichtet ist. Um dies zu erreichen, ist die Halbleiterlaserdiode 2 vertikal montiert. Hierzu weist das Licht emittierende Bauelement 100 ein Trägerelement 5 mit einer senkrecht zur Montagefläche 12 ausgerichteten
Seitenfläche auf, auf der die Halbleiterlaserdiode 2 montiert und elektrisch angeschlossen ist. Wie in den Figuren 1A und 1B angedeutet ist, kann der elektrische Anschluss durch
Kontaktschichten erfolgen, wobei eine der Kontaktschichten mittels eines Bonddrahts 3 mit der Halbleiterlaserdiode 2 elektrisch leitend verbunden sein kann.
Das Trägerelement 5 ist auf der Bodenfläche 14 des Gehäuses 1 montiert und kann auch als Wärmesenke und Wärmeleiter für die in der Halbleiterlaserdiode 2 erzeugte Wärme dienen, um diese zur Bodenfläche 14 und damit zum Gehäuse 1 abzuleiten.
Beispielsweise kann das Trägerelement 5 ein Keramikbauteil aufweisen, das eine Seitenfläche zur Montage der
Halbleiterlaserdiode 2 und eine senkrecht dazu ausgerichtete Unterseite zur Anordnung auf der Bodenfläche 14 des Gehäuses 1 aufweist. Wie gezeigt kann das Trägerelement 5 besonders bevorzugt im Wesentlichen eine Quader-artige Form aufweisen. Die Kontaktschichten des Trägerelements 5 sind elektrisch leitend mit den Kontaktbereichen 15 des Gehäuses verbunden, wobei dies durch eine direkte Montage auf zumindest einem der Kontaktbereiche 15 und/oder durch (nicht gezeigte)
Drahtverbindungen erfolgen kann. Weitere Merkmale und
Ausgestaltungen des Trägerelements 5 sind weiter unten, insbesondere in Verbindung mit den Figuren 6A bis 6D, beschrieben .
Weiterhin weist das Licht emittierende Bauelement 100 ein optisches Element 4 auf, das der Halbleiterlaserdiode 2 im Strahlengang des Laserlichts 20 nachgeordnet ist. Das optische Element 4 bildet eine einstückig ausgebildete
Gehäuseabdeckung für das Gehäuse 1, wobei die
Gehäusevertiefung 13 mit der Halbleiterlaserdiode 2
vollständig bedeckt ist und ein abgeschlossener Innenraum gebildet wird. Der Innenraum kann durch das Gehäuse 1 und die Gehäuseabdeckung in Form des optischen Elements 4 bevorzugt derart abgeschlossen sein, dass möglichst keine schädigenden Stoffe aus der Umgebung zur Halbleiterlaserdiode 2 gelangen können .
Das optische Element 4 weist optisch aktive Flächen auf, also Flächen, die durch Lichtbrechung und/oder Lichtbeugung und/oder Reflexion eine Beeinflussung des Laserlichts bewirken können. Insbesondere weist das optische Element 4 eine Lichteinkoppelfläche 41, genau eine Reflektorfläche 42 und eine Lichtauskoppelfläche 43 auf. Die
Lichtauskoppelfläche 43 ist Teil einer der Montagefläche 12 des Gehäuses 1 gegenüber liegenden, durch eine Oberseite 44 gebildete Außenfläche des optischen Elements 4, die
gleichzeitig eine Außenseite des Licht emittierenden
Bauelements 100 bildet. Die Lichteinkoppelfläche 41 und die Reflektorfläche 42 sind Teile einer der Montagefläche 12 und somit der Gehäusevertiefung 13 zugewandten, durch eine Unterseite 45 gebildeten weiteren Außenfläche des optischen Elements 4.
Das optische Element 4 wird durch einen Vollkörper aus einem transparenten Material gebildet. Das transparente Material kann insbesondere einen Kunststoff wie etwa Silikon oder Epoxid oder ein Glas aufweisen oder daraus sein. Besonders bevorzugt kann der Vollkörper wie gezeigt
hinterschneidungsfrei sein, so dass das optische Element 4 mittels eines Spritzgussverfahrens oder anderen Verfahren auf einfache Weise herstellbar sein kann.
Die Lichteinkoppelfläche 41 sowie die Reflektorfläche 42 sind wie gezeigt Teil einer Erhebung 46 in der der Bodenfläche 14 des Gehäuses 1 zugewandten Unterseite 45 des optischen
Elements 4, während die Lichtauskoppelfläche 43 Teil einer Vertiefung 47 in der der Bodenfläche 14 des Gehäuses 1 abgewandten Oberseite 44 des optischen Elements 4 ist. Die Vertiefung 47 in der Oberseite 44 ist in vertikaler Richtung 92 über der Erhebung 46 in der Unterseite 45 ohne lateralen
Versatz angeordnet, so dass die Vertiefung 47 in die Erhebung 46 von der Oberseite 44 her hineinragt.
Die Lichteinkoppelfläche 41, die Reflektorfläche 42 und die Lichtauskoppelfläche 43 können wie im vorliegenden
Ausführungsbeispiel gezeigt alle ebene, nicht-gekrümmte
Flächen sein. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass zumindest eine oder mehrere oder alle Flächen ausgewählt aus der Lichteinkoppelfläche 41, der Reflektorfläche 42 und der Lichtauskoppelfläche 43 gekrümmt sind. Durch eine Krümmung einer optisch aktiven Fläche kann beispielsweise eine
Beeinflussung der Strahlform erreicht werden. Weiterhin kann auf zumindest einer oder mehreren oder allen Flächen ausgewählt aus der Lichteinkoppelfläche 41, der
Reflektorfläche 42 und der Lichtauskoppelfläche 43 eine diffraktive Struktur aufgebracht sein, die ebenfalls der Strahlformung dienen kann.
Im Betrieb des Licht emittierenden Bauelements 100 tritt das Laserlicht 20 durch die Lichteinkoppelfläche 41 in das optische Element 4 ein, wird an der einen Reflektorfläche 42 in Richtung der Lichtauskoppelfläche 43 reflektiert und danach durch die Lichtauskoppelfläche 43 aus dem optischen Element 4 und damit aus dem Licht emittierenden Bauelement 100 ausgekoppelt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel bilden die Lichteinkoppelfläche 41 und die Lichtauskoppelfläche 43 jeweils ein Brewster-Fenster . Die Lichteinkoppelfläche 41 und die Lichtauskoppelfläche 43 sind also jeweils in einem Winkel zur Strahlrichtung des einzukoppelnden beziehungsweise auszukopplenden Laserlichts 20 geneigt, der dem Brewster- Winkel entspricht, so dass möglichst keine Reflexionsverluste an diesen Flächen auftreten.
Die Reflektorfläche 42 ist derart geneigt, dass das
Laserlicht 20 im Wesentlichen in der zur Montagefläche 12 senkrecht stehenden vertikalen Richtung 92 aus dem optischen Element 4 und damit aus dem Licht emittierenden Bauelement 100 austritt. Die Reflektorfläche 42 ist insbesondere als TIR-Fläche ausgebildet, so dass das Laserlicht 20 durch
Totalreflexion zur Lichtauskoppelfläche 43 gelenkt wird.
Alternativ hierzu kann es auch möglich sein, dass auf der Reflektorfläche 42 eine reflektierende Beschichtung
aufgebracht ist. Hierdurch kann beispielsweise erreicht werden, dass die Neigung der Reflektorfläche 42 unabhängig von der Bedingung für eine Totalreflexion gewählt werden kann . Bei dem hier beschriebenen Licht emittierende Bauelement 100 wird, wie vorab beschrieben ist, die Fast-Axis, also die Richtung maximaler Strahldivergenz, des Laserlichts 20 parallel zur Montagefläche 12 orientiert. Dies erfolgt dadurch, dass die Halbleiterlaserdiode 2 seitlich auf dem Trägerelement 5 montiert wird und dieses Trägerelement 5 entsprechend im Gehäuse 1 eingebaut wird, dass die Fast-Axis eben die gewünschte Ausrichtung, also bevorzugt parallel zur Montagefläche 12, erhält.
Des Weiteren wird wie beschrieben das optische Element 4, das den Laserlichtstrahl in die gewünschte vertikale
Austrittsrichtung umlenkt, gleichzeitig als Abdeckung
verwendet. Das Laserlicht 20 wird durch eine einzige
Reflektion, sowie gegebenenfalls durch Brechung an der
Lichteinkoppelfläche und/oder der Lichtauskoppelfläche, in die gewünschte Austrittsrichtung umgelenkt. Dabei können die Lichteinkoppelfläche und/oder der Lichtauskoppelfläche wie beschrieben so gegen die Strahlachse verkippt sein, dass an den Grenzflächen durch den Brewster-Effekt kein oder nur ein bestimmter Anteil des Lichts reflektiert wird. Alternativ können die Lichteinkoppelfläche 41 und/oder die
Lichtauskoppelfläche 43 auch beschichtet werden, um die gewünschten Reflexionseigenschaften zu erhalten. Die
Reflektorfläche 42 kann wie beschrieben besonders bevorzugt so ausgeführt werden, dass die Reflexion durch totale interne Reflektion bewirkt wird, was eine kostengünstige Fertigung erlaubt. Alternativ können auch eine metallische oder
dielektrische Beschichtung verwendet werden, bei der
vorteilhafterweise keine Winkeleinschränkung mehr gegeben ist und die unempfindlich gegen Verschmutzung sein kann. In Figur 2 ist ein Teil des Licht emittierenden Bauelements zur nochmaligen Verdeutlichung einiger Vorteile des
Bauelements gezeigt. In Figur 3 ist ein Vergleichsbeispiel gezeigt. Hierbei deuten die Doppelpfeile 21 die Fast-Axis und die Doppelpfeile 22 die Slow-Axis des Laserlichts 20 an. In Figur 2 ist die Fast-Axis und damit die Richtung mit
maximaler Divergenz senkrecht zur Zeichenebene und damit wie vorab beschrieben parallel zu einer lateralen Richtung 91 orientiert, während die Slow-Axis und damit die Richtung minimaler Divergenz in vertikaler Richtung und damit parallel zur Zeichenebene orientiert ist. Im Vergleichsbeispiel in Figur 3 sind die Fast-Axis und die Slow-Axis gemäß der üblichen Anordnung von Laserdioden um 90° gedreht orientiert. Die durchgezogenen Linien des Laserlichts 20 deuten jeweils die optische Achse des Lichtstrahls an, die gepunkteten
Linien beidseitig des Laserlichts 20 deuten die entsprechende jeweilige Divergenz des Lichtstrahls an.
Im Vergleichsbeispiel der Figur 3 liegt die Fast-Axis des Laserlichts 20 wie beschrieben in der durch die Strahlachse und die Flächennormale 410 der Reflektorfläche 42
aufgespannten Ebene. Dabei ist es für die Totalreflexion wichtig, dass auch für die Strahlen maximaler Divergenz der Einfallswinkel 411 größer ist als der kritische Winkel für TIR. Das erfordert für praktikable Designs, dass der
Brechungsindex des optischen Elements 4 größer ist als etwa 1,60 sein müsste. Beim hier beschriebenen Licht emittierenden Bauelement liegt wie vorab ausgeführt die Slow-Axis, also die Richtung minimaler Strahldivergenz, in der durch die
Strahlachse und die Flächennormale 410 der Reflektorfläche 42 aufgespannten Ebene. Dadurch ist der minimale Einfallswinkel 411 größer als im Fall des Vergleichsbeispiels, so dass beim hier beschriebenen Licht emittierenden Bauelement für das optische Element auch transparente Materialien mit einem Brechungsindex eingesetzt werden können, der kleiner oder gleich 1,60 ist. Beispielsweise kann der Brechungsindex hierbei auch größer oder gleich 1,50 sein. Insbesondere ist es beispielsweise möglich, das optische Element 4 aus
Epoxidharz, Silikon oder Glas herzustellen, während im
Vergleichsbeispiel nur wenige thermoplastische Kunststoffe in Frage kommen würden. Außerdem ist das beschriebene optische Element 4 im
Wesentlichen polarisationserhaltend, da die
Polarisationsrichtung des Laserlichts 20 durch die
beschriebene Anordnung der Halbleiterlaserdiode 2 parallel zur Normalen 410 der Reflektorfläche 42 liegt, so dass der Laserlichtstrahl durch den TIR-Effekt nicht elliptisch polarisiert wird.
In Figur 4 ist der Übersichtlichkeit halber nur ein Teil eines Licht emittierenden Bauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt, das im Vergleich zum vorherigen Ausführungsbeispiel zusätzlich einen Lichtdetektor 6 in Form einer Fotodiode aufweist. Alle im Folgenden nicht gezeigten und nicht beschriebenen Merkmale können wie im vorherigen Ausführungsbeispiel ausgebildet sein.
Da durch die Montage der Halbleiterlaserdiode 2 mittels des Trägerelements 5 die Licht emittierende Facette der
Halbleiterlaserdiode 2 in einer gewissen Höhe montiert ist, während die Strahldivergenz senkrecht zur Montagefläche 12 minimal ist, ist es möglich, das optische Element 4 in einer gewissen lateralen Entfernung zur Halbleiterlaserdiode 2 zu montieren, ohne dass der Laserlichtstrahl auf die Bodenfläche 14 des Gehäuses trifft. So steht ein Platz zur Verfügung, um wie vorab beschrieben den Lichtdetektor 6 lateral zwischen der Halbleiterlaserdiode und dem optischen Element zu
platzieren. Der Lichtdetektor 6 kann insbesondere auf der Bodenfläche 14 angeordnet und dort elektrisch angeschlossen werden.
Durch eine geeignete Neigung der Lichteinkoppelfläche 41, die vom Brewster-Winkel abweichen kann, kann erreicht werden, dass ein Teil 23 des Laserlichts 20 nicht in das optische Element 4 eingekoppelt wird, sondern auf den Lichtdetektor 6 reflektiert wird. Dadurch kann es möglich sein, Eigenschaften des Laserlichts 20, beispielsweise Leistung, Pulsenergie, Pulsform, Pulsbreite, Zeitpunkt eines Pulses, Wellenlänge etc . , zu messen .
In Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Licht emittierendes Bauelement 100 gezeigt, das im Vergleich zum Ausführungsbeispiel der Figuren 1A bis 1D ebenfalls einen Lichtdetektor 6 aufweist. Der Einkoppelwinkel, also der
Winkel zwischen der Lichteinkoppelfläche 41 und der
Strahlachse des Laserlichts, kann beispielsweise 45°
betragen, so dass ein geringer Teil des Laserlichts 20 senkrecht nach unten auf den Lichtdetektor 6 reflektiert werden kann. Weiterhin ist das Trägerelement 5 anders als im Ausführungsbeispiel der Figuren 1A bis 1D auf zwei
Kontaktbereichen 15 montiert. Das Trägerelement 5 weist in der Unterseite eine Furche auf, so dass das Trägerelement 5 über dem Wulst 17, der durch Überformen der Trennfuge
zwischen den Kontaktbereichen 15 gebildet wird, angeordnet werden kann. Dadurch ist keine weitere elektrische Verbindung zwischen dem Trägerelement 5 und dem Gehäuse 1 notwendig. Weitere Merkmale des Trägerelements 5 sind in Verbindung mit den folgenden Figuren beschrieben. In den Figuren 6A bis 6D sind verschiedene
Ausführungsbeispiele für das Trägerelement 5 gezeigt, wobei das in Figur 6A gezeigte Trägerelement 5 dem des
Ausführungsbeispiels der Figuren 1A bis 1D und das in Figur 6D gezeigte Trägerelement 5 dem des Ausführungsbeispiels der Figur 5 entspricht. In den Figuren 6B bis 6D ist zusätzlich noch die montierte Halbleiterlaserdiode 2 (ohne Bonddraht- Anschluss) gezeigt.
Das in Figur 6A gezeigte Trägerelement 5 weist, wie auch die weiteren Ausführungsbeispiele, im Wesentlichen eine Quader- Form mit einer Unterseite 51, Seitenflächen 52 und einer Oberseite 53 auf. Mittels der Unterseite 51 wird das
Trägerelement 5 auf der Bodenfläche des Gehäuses montiert. Das Trägerelement 5 weist auf der Oberseite 53 vollflächig eine Kontaktschicht 55 in Form einer Metallisierung auf, die bis auf die Seitenfläche 52 reicht. Weiterhin ist auch auf dieser zur Montage der Halbleiterlaserdiode vorgesehenen Seitenfläche 52 eine entsprechende Kontaktschicht 55
aufgebracht, die die Seitenfläche 52 bis auf einen oberen Bereich vollständig bedeckt und die bis zu einer Unterkante 54 zwischen der Unterseite 51 und der Seitenfläche 52 reicht. Zusätzlich kann sich die Kontaktschicht 55 auf der
Seitenfläche 52 auch noch über die Unterkante 54 auf die
Unterseite 51 erstrecken und auch diese bevorzugt vollständig bedecken. Durch eine Lotverbindung oder eine Klebeverbindung kann die auf der Seitenfläche angeordnete Kontaktschicht 55 mit einem Kontaktbereich des Gehäuses, auf dem das
Trägerelement angeordnet wird, besonders bevorzugt elektrisch leitend verbunden werden, während die auf der Oberseite 53 aufgebracht Kontaktschicht 55 mit einem anderen Kontaktbereich durch eine Drahtverbindung elektrisch leitend verbunden werden kann.
Beim in Figur 6B gezeigten Trägerelement 5 ist die Unterseite 51 frei von der Kontaktschicht, während die Kontaktschicht 55 auf der Seitenfläche 52 strukturiert ist. Die Kontaktierung zu Kontaktbereichen des Gehäuses kann hierbei über die
Unterkante 54 erfolgen. Das in Figur 6C gezeigte Trägerelement 5 weist zusätzlich zum vorherigen Ausführungsbeispiel eine Furche 56 in der
Unterseite 51 auf, durch die die Kontaktschichtbereiche auf der Seitenfläche 52 im Bereich der Unterkante 54 besser voneinander getrennt werden können und außerdem, wie in
Verbindung mit Figur 5 erläutert ist, ein Absetzten über einem Wulst in der Bodenfläche des Gehäuses möglich ist.
Das in Figur 6D gezeigte Trägerelement 5 weist zusätzlich zum vorherigen Ausführungsbeispiel noch eine Kontaktschicht 55 auf der Unterseite 51 zur leichteren Kontaktierung von
Kontaktbereichen des Gehäuses auf.
Die in den in Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Merkmale und Ausführungsbeispiele können gemäß weiteren
Ausführungsbeispielen miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen explizit beschrieben sind.
Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren
beschriebenen Ausführungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen i den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugs zeichenliste
1 Gehäuse
2 Halbleiterlaserdiode
3 Bonddraht
4 optisches Element
5 Trägerelement
6 Lichtdetektor
10 Bodenelement
11 Wandelement
12 Montagefläche
13 Gehäusevertiefung
14 Bodenfläche
15 Kontaktbereich
16 Gehäusematerial
17 Wulst
20 Laserlicht
21 Fast-Axis
22 Slow-Axis
23 Teil
41 Lichteinkoppelfläche
42 Reflektorfläche
43 Lichtauskoppelfläche
44 Oberseite
45 Unterseite
46 Erhebung
47 Vertiefung
51 Unterseite
52 Seitenfläche
53 Oberseite
54 Unterkante
55 KontaktSchicht
56 Furche 91 laterale Richtung
92 vertikale Richtung
100 Licht emittierendes Bauelement
410 Flächennormale
411 Winkel

Claims

Patentansprüche
1. Licht emittierendes Bauelement (100), aufweisend
- ein Gehäuse (1) mit einer Montagefläche (12) und einer
Gehäusevertiefung (13),
- in der Gehäusevertiefung eine Halbleiterlaserdiode (2), die dazu vorgesehen und eingerichtet ist, im Betrieb
Laserlicht (20) in eine Richtung parallel zur
Montagefläche (12) abzustrahlen und
- ein optisches Element (4), das der Halbleiterlaserdiode im Strahlengang des Laserlichts nachgeordnet ist,
wobei
- die Halbleiterlaserdiode derart im Gehäuse montiert ist, dass das Laserlicht in einer Ebene parallel zur
Montagefläche eine maximale Divergenz aufweist,
- das optische Element eine Lichteinkoppelfläche (41), genau eine Reflektorfläche (42) und eine Lichtauskoppelfläche (43) aufweist,
- das optische Element eine einstückig ausgebildete
Gehäuseabdeckung ist, die die Gehäusevertiefung, in der die Halbleiterlaserdiode angeordnet ist, vollständig bedeckt, und
- die Lichtauskoppelfläche Teil einer der Montagefläche
gegenüberliegenden Außenfläche des optischen Elements ist.
2. Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, wobei die
Lichteinkoppelfläche, die Reflektorfläche und die
Lichtauskoppelfläche derart geneigt sein, dass das
Laserlicht in einer zur Montagefläche im Wesentlichen senkrechten Richtung aus dem optischen Element austritt. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Lichtauskoppelfläche Teil einer Vertiefung (47) in einer der Bodenfläche abgewandten Oberseite (44) des optischen Elements ist und die Lichteinkoppelfläche und die Reflektorfläche Teil einer Erhebung (46) in einer der Oberseite gegenüber liegenden Unterseite (45) sind.
Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Laserlicht an der Reflektorfläche durch
Totalreflexion reflektiert wird.
Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das optische Element einen Vollkörper aus einem
transparenten Material aufweist, der Außenflächen aufweist, die die Lichteinkoppelfläche, die
Reflektorfläche und die Lichtauskoppelfläche bilden, und wobei der Vollkörper hinterschneidungsfrei ist.
Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Lichteinkoppelfläche und/oder die
Lichtauskoppelfläche ein Brewster-Fenster bilden.
Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das optische Element im Wesentlichen
polarisationserhaltend für das Laserlicht ist.
Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Lichteinkoppelfläche, die Reflektorfläche und die Lichtauskoppelfläche die einzigen optisch aktiven
Flächen des optischen Elements sind.
9. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei im Gehäuse ein Lichtdetektor (6) angeordnet ist und wobei im Betrieb ein Teil (23) des Laserlichts von der
Lichteinkoppelfläche auf den Lichtdetektor reflektiert wird .
10. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Halbleiterlaserdiode auf einem Trägerelement (5) montiert ist, das Trägerelement mit einer Unterseite (51) auf einer Bodenfläche (14) des Gehäuses montiert ist und die Halbleiterlaserdiode auf einer an die
Unterseite angrenzenden Seitenfläche (52) montiert ist.
11. Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, wobei das
Trägerelement zwei elektrische Kontaktschichten (55) aufweist, an die die Halbleiterlaserdiode elektrisch angeschlossen ist und wobei die Bodenfläche zwei
elektrische Kontaktbereiche (15) aufweist und jede der Kontaktschichten des Trägerelements mit jeweils einem der Kontaktbereiche des Trägerelements elektrisch leitend verbunden ist.
12. Bauelement nach einem der beiden vorherigen Ansprüche, wobei jede der Kontaktschichten des Trägerelements auf jeweils einem der Kontaktbereiche montiert ist.
13. Bauelement nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Trägerelement in der Unterseite zwischen den
Kontaktschichten eine Furche (56) aufweist.
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