CN113169515A - 半导体激光器 - Google Patents

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CN113169515A CN201980063228.6A CN201980063228A CN113169515A CN 113169515 A CN113169515 A CN 113169515A CN 201980063228 A CN201980063228 A CN 201980063228A CN 113169515 A CN113169515 A CN 113169515A
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扬·马费尔德
斯特凡·莫尔戈蒂
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Abstract

本发明提供了一种半导体激光器(20)，其具有：边缘发射的激光二极管(21)，所述激光二极管具有用于产生激光辐射的有源区以及具有辐射出射区域(23)的刻面(22)；以及至少一个光电二极管(24)，其中，刻面(22)布置在激光二极管(21)的主发射侧处；光电二极管(24)被布置成使得在刻面(22)处射出的激光辐射的至少一部分到达光电二极管(24)；并且激光二极管(21)和光电二极管(24)以非无损可拆卸地彼此连接。

Description

半导体激光器
提出一种半导体激光器。
要实现的目的在于：提出一种能够特别安全地运行的半导体激光器。
根据半导体激光器的至少一个实施方式，半导体激光器包括边缘发射的激光二极管，所述激光二极管具有用于产生激光辐射的有源区和具有辐射出射区域的刻面。半导体激光器具有主延伸平面。边缘发射的激光二极管被设计用于：在运行中沿如下方向发射激光辐射，即所述方向例如至少部分平行于半导体激光器的主延伸平面伸展。有源区具有平行于半导体激光器的主延伸平面伸展的主延伸平面。因此，激光二极管尤其不是表面发射器。
激光二极管能够具有基于例如III-V族半导体材料体系的各种半导体材料。
刻面横向于，优选垂直于有源区的主延伸平面定向。此外，刻面横向于，优选垂直于在运行中发射的激光辐射的主传播方向定向。在运行中产生的激光辐射在辐射出射区域中从激光二极管射出。辐射出射区域尤其是刻面的部分区域，进而限制刻面。
根据半导体激光器的至少一个实施方式，半导体激光器包括至少一个光电二极管。光电二极管被设计用于检测电磁辐射。光电二极管能够是检测器。光电二极管能够具有辐射入射侧。光电二极管能够具有例如基于III-V族半导体材料体系的各种半导体材料。
根据半导体激光器的至少一个实施方式，刻面布置在激光二极管的主发射侧处。在运行中由激光二极管发射的激光辐射的大部分在主发射侧处从激光二极管射出。这能够意味着：由激光二极管在运行中发射的激光辐射的至少90％在主发射侧处从激光二极管射出。由激光二极管在运行中发射的激光辐射的分量大于在其他部位处从激光二极管射出的分量，该激光辐射在主发射侧处从激光二极管射出。
根据半导体激光器的至少一个实施方式，光电二极管布置成使得在刻面处射出的激光辐射的至少一部分到达光电二极管。在此，从刻面射出的激光辐射的一部分能够直接或间接到达光电二极管。这意味着：从刻面射出的激光辐射的一部分能够被偏转或反射，以便到达光电二极管。替选地，在刻面处射出的激光辐射的至少一部分能够直接射到光电二极管上。光电二极管能够布置在激光二极管的朝向刻面的一侧处。
光电二极管能够构成用于：检测由激光二极管发射的激光辐射。这能够意味着：光电二极管的吸收在如下波长范围中具有最大值，在所述波长范围中由激光二极管发射的激光辐射在强度方面具有最大值。
根据半导体激光器的至少一个实施方式，激光二极管和光电二极管以非无损可拆卸的方式彼此连接。这能够意味着：激光二极管和光电二极管以这样的方式彼此连接，使得半导体激光器，尤其是半导体激光器的至少一个部件在拆卸该连接时至少部分地被破坏。还可行的是：在拆卸连接时，激光二极管和/或光电二极管至少部分地破坏。因此，激光二极管和光电二极管能够不可分离地彼此连接。激光二极管和光电二极管在此尤其也能够间接地彼此连接。这能够意味着：激光二极管和光电二极管不直接接触，而是经由连接元件相互连接。
例如，能够通过部件的Au/Sn钎焊连接来提供非无损可拆卸的连接。此外，能够通过例如接合配件玻璃和硅的阳极键合产生非无损可拆卸的连接。此外，利用反应性焊料系统接合部件产生非无损可拆卸的连接，在所述焊料系统中通过金属反应形成金属间化合物。例如，为此使用In/Sn、Sn/Ni和/或Cu/Sn的焊料系统。此外，能够通过Au/Au压缩键合产生非无损可拆卸的连接。例如，能够直接在激光二极管与光电二极管之间形成所提到的连接之一。
根据所述半导体激光器的至少一个实施方式，半导体激光器包括边缘发射的激光二极管和至少一个光电二极管，所述边缘发射的激光二极管具有用于产生激光辐射的有源区和具有辐射出射区域的刻面，其中，刻面布置在激光二极管的主发射侧处，光电二极管布置成使得在刻面处射出的激光辐射的至少一部分到达光电二极管，并且激光二极管和光电二极管以非无损可拆卸的方式彼此连接。
在人眼附近使用的应用中的半导体激光器中尤其重要的是：监测从半导体激光器射出的激光辐射的强度。为了保护人眼，由半导体激光器发射的激光辐射的强度不应超过特定的最大强度。因此，将光电二极管用于测量由激光二极管发射的激光辐射的强度。光电二极管设计用于：在运行中对由激光二极管发射的电磁激光辐射的至少一部分进行检测。也就是说，能够将光电二极管设计用于：确定检测到的激光辐射的强度。因此，能够检测在运行中由激光二极管放射的激光辐射的强度的变化。另外，能够检测：由激光二极管发射的激光辐射是否小于最大强度。
有利地，光电二极管布置成使得在刻面处射出的激光辐射的至少一部分到达光电二极管。这意味着：光电二极管检测在主发射侧处从激光二极管射出的激光辐射。在主发射侧处射出的激光辐射通常从半导体激光器耦合输出，并且在相应的应用中使用。由于光电二极管检测在主发射侧处射出的激光辐射的至少一部分，所以到达人眼的激光辐射将通过光电二极管进行监测。在对从半导体激光器中射出的激光辐射进行监测的情况下够实现安全性的提高，是因为测量在应用中使用的激光辐射的强度。与此相反，在激光器的另一侧处射出的激光辐射的强度的测量导致在确定从半导体激光器中射出的激光辐射的强度时的更大的不精确性。精确地确定从半导体激光器中射出的激光辐射的强度提高了在使用半导体激光器时的安全性。
根据半导体激光器的至少一个实施方式，光电二极管和激光二极管布置在共同的载体上。载体能够是安装元件(即英语的“submount”)，或者载体能够具有安装元件。载体能够是三维体，并且例如具有圆柱、圆盘或长方体的形状。载体能够具有主延伸平面。载体的主延伸平面例如平行于载体的表面(例如顶面)。可行的是：载体包括驱动器，借助该驱动器能够操控激光二极管。替选地可行的是：载体为电子无源部件并且仅用作安装平面。载体能够具有半导体材料。
激光二极管能够布置在载体的顶面上。激光二极管能够经由电气触点与载体连接，使得能够经由载体操控激光二极管。例如，激光二极管在朝向载体的顶面的一侧处具有与载体电连接的电气触点。替选地可行的是：激光二极管经由键合线与载体电连接。激光二极管能够在顶面上机械地固定在载体处。
光电二极管同样能够布置在载体的顶面上。光电二极管能够经由电气触点与载体连接，使得能够经由载体操控光电二极管。例如，光电二极管在朝向载体的顶面的一侧处具有与载体电连接的电气触点。替选地可行的是：光电二极管经由键合线与载体电连接。光电二极管能够在顶面上机械地固定在载体处。
载体能够是连接元件，激光二极管和光电二极管经由所述连接元件以非无损可拆卸的方式彼此连接。因此，半导体激光器具有提高的稳定性。另外，半导体激光器能够紧凑地构建。
根据半导体激光器的至少一个实施方式，光电二极管固定在半导体激光器的覆盖件处。激光二极管和光电二极管能够布置在半导体激光器的腔中。覆盖件能够布置成使得腔布置在覆盖件与载体之间。覆盖件能够具有平行于载体的主延伸平面伸展的主延伸平面。覆盖件至少局部地能够透过由激光二极管发射的激光辐射。这意味着：覆盖件能够至少局部地对于由激光二极管发射的激光辐射是透明的。覆盖件能够是用于光电二极管的衬底。光电二极管的半导体层能够在衬底上生长。还可行的是：光电二极管固定在覆盖件处。覆盖件例如具有蓝宝石或SiC或由所述材料之一构成。
覆盖件能够能够具有辐射可透过的区域，由激光二极管发射的激光辐射通过所述区域从半导体激光器射出。光电二极管能够至少局部地布置在辐射可透过的区域中。在此，光电二极管布置在覆盖件的朝向激光二极管的一侧处。另外，光电二极管能够至少局部地使由激光二极管发射的激光辐射透过。因此，有利地，由光电二极管来检测离开半导体激光器的激光辐射。借此，例如对于在人眼附近的应用能够直接测量：由半导体激光器发射的激光辐射是否低于最大强度。
还可行的是：光电二极管没有布置在辐射能透过的区域中。在这种情况下，光电二极管能够布置在辐射可透过的区域的旁边。这意味着：光电二极管不是必需能够透过由激光二极管发射的激光辐射。在这种情况下，也能够有利地由光电二极管检测从半导体激光器射出的激光辐射的一部分。
根据半导体激光器的至少一个实施方式，在激光二极管与光电二极管之间布置有光学元件，其中，该光学元件被设计用于：将由激光二极管发射的激光辐射的一部分沿光电二极管的方向偏转。光学元件能够具有主面。在此，光学元件被布置成使得在刻面处从激光二极管射出的激光辐射发射到主面上。入射的激光辐射的至少一部分能够在主面处偏转。还可行的是：入射到主面上的激光辐射的至少一部分进入到光学元件中。光电二极管能够布置在光学元件的如下侧面处，即所述侧面不是布置有主面的一侧。在光学元件的朝向光电二极管的一侧处，辐射的至少一部分能够从光学元件射出并射到光电二极管上。能够在光学元件与光电二极管之间布置有光学滤波器。光学元件能够具有玻璃。通过使用光学元件，从激光二极管射出的激光辐射的一部分能够在主发射侧由光电二极管检测。
根据半导体激光器的至少一个实施方式，光学元件布置在用于光电二极管和激光二极管的载体上。这意味着：光电二极管和激光二极管布置在共同的载体上，并且光学元件也被布置在该载体上。在此，光学元件能够直接布置在载体上。光学元件能够固定在载体上。还可行的是：光学元件布置在光电二极管上。因为光学元件也布置在载体上，所以提高了半导体激光器的稳定性。
根据半导体激光器的至少一个实施方式，光学元件能够部分地使由激光二极管发射的激光辐射透过，并且部分地使由激光二极管发射的激光辐射反射。能够在光学元件的主面上布置部分反射层，所述部分反射层能够部分地使由激光二极管发射的激光辐射透过，并且部分使由激光二极管发射的激光辐射反射。部分反射层对于入射的激光辐射的反射率例如为至少70％或至少90％。部分反射层对入射的激光辐射的透射率能够为至少1％或至少5％。部分反射层例如具有金属或介电材料。因此，光学元件被设计用于：将由激光二极管发射的激光辐射的一部分沿光电二极管的方向偏转。
根据半导体激光器的至少一个实施方式，光学元件被设计用于：改变由激光二极管发射的激光辐射的至少一部分的主传播方向。由激光二极管在刻面处发射的激光辐射的主传播方向平行于载体的主延伸平面伸展。主传播方向能够为激光辐射的射束方向。从半导体激光器射出的激光辐射具有主传播方向，该主传播方向不同于由激光二极管发射的激光辐射的主传播方向。通过射到光学元件上来改变激光辐射的主传播方向。例如，从半导体激光器射出的激光辐射的主传播方向横向于或垂直于载体的主延伸平面伸展。从半导体激光器射出的激光辐射的主传播方向能够沿背离载体的方向伸展。
光学元件还提供如下可行性：偏转从激光二极管射出的激光辐射或减小射出的激光辐射的射束宽度。半导体激光器因此能够是表面发射器。
还可行的是：光学元件不改变由激光二极管发射的激光辐射的主传播方向。在这种情况下，激光辐射能够侧向地从半导体激光器中耦合输出。
根据半导体激光器的至少一个实施方式，光电二极管至少能够局部地使由激光二极管发射的激光辐射透过。这能够意味着：光电二极管至少局部地对由激光二极管发射的激光辐射是透明的。光电二极管对于由激光二极管发射的激光辐射能够具有至少80％或至少90％的透射率。光电二极管能够布置在光学元件与激光二极管之间。因此，从激光二极管射出的激光辐射的全部或其大部分能够射到光电二极管上。这使得能够精确地确定在主发射侧处从激光二极管射出的激光辐射的强度。因此，半导体激光器能够安全地运行。
根据半导体激光器的至少一个实施方式，半导体激光器在辐射出射侧处具有覆盖件，所述覆盖件能够部分地使由激光二极管发射的激光辐射透过并且部分地使由激光二极管发射的激光辐射反射。半导体激光器的腔能够布置在覆盖件与载体之间。覆盖件能够覆盖激光二极管和光电二极管。另外，能够借助覆盖件在辐射出射侧将半导体激光器气密密封。这就是说：在腔与半导体激光器的周围环境之间没有明显的材料(如氧气或水蒸气)交换。气密密封例如意味着：尤其是在室温下，泄漏率至多为5×10-9Pam/s。辐射出射侧能够布置在激光二极管的背离载体的一侧处。覆盖件能够具有平行于载体的主延伸平面伸展的主延伸平面。覆盖件能够具有如下材料，即所述材料能够使由激光二极管发射的激光辐射透过。该材料能够是蓝宝石、SiC、玻璃、塑料或基于硅树脂的材料。
在朝向载体的一侧上，能够在所述材料上施加部分反射层，该部分反射层能够部分地使由激光二极管发射的激光辐射透过，并且部分地使由激光二极管发射的激光辐射反射。部分反射层具有例如金属或介电材料。由激光二极管发射的激光辐射的一部分能够在部分反射层处被反射并沿光电二极管的方向偏转。这意味着：光电二极管检测在主发射侧处从激光二极管射出的激光辐射的一部分。因此，半导体激光器能够安全地运行。
根据半导体激光器的至少一个实施方式，激光二极管和光电二极管布置在共同的壳体中。壳体能够通过覆盖件和侧壁形成。侧壁能够在横向方向上完全包围激光二极管和光电二极管，其中，横向方向平行于载体的主延伸平面伸展。侧壁能够布置在载体上。激光二极管和光电二极管能够布置在气密密封的腔中，所述腔通过覆盖件、侧壁和载体限界。因此，激光二极管和光电二极管稳定且紧凑地布置在半导体激光器中。
根据半导体激光器的至少一个实施方式，光电二极管是用于激光二极管的载体的组成部分。因此，光电二极管能够是载体的整体组成部分。激光二极管布置在载体上。载体能够具有驱动器，使得能够经由载体来操控光电二极管和激光二极管。载体能够具有半导体材料，例如Si、Ge或SiC。光电二极管能够布置在载体中的激光二极管的主发射侧处。因此，从刻面射出的激光辐射的一部分能够直接射到光电二极管上。这意味着：能够以高的精度确定射出的激光辐射的强度。这提高了在使用半导体激光器时的安全性。
根据半导体激光器的至少一个实施方式，用于激光二极管的载体具有凹部，光电二极管布置在所述凹部中。激光二极管布置在载体上。光电二极管布置在载体的凹部中。例如，载体的凹部位于光学元件的区域中。这意味着：具有光电二极管的凹部布置在光学元件与载体之间。因此，半导体激光器整体上具有紧凑的结构。另外，激光二极管和光电二极管彼此稳定地连接。
根据半导体激光器的至少一个实施方式，光电二极管的主延伸平面横向于或垂直于刻面的主延伸平面伸展。在这种情况下，光电二极管能够固定在载体上或覆盖件处。激光二极管的主放射方向平行于光电二极管的主延伸平面伸展。这意味着：由激光二极管放射的激光辐射的至少一部分被偏转，使得所述部分以不同角度射到光电二极管上。由于光电二极管的主延伸平面横向于或垂直于刻面的主延伸平面伸展，所以能够将光电二极管稳定地布置在半导体激光器中。
根据半导体激光器的至少一个实施方式，光电二极管的主延伸平面平行于刻面的主延伸平面伸展。光电二极管能够固定在载体上。例如，光电二极管被布置成使得从刻面射出的激光辐射直接射到光电二极管上。在这种情况下，光电二极管至少局部地能够使由激光二极管发射的激光辐射透过。还可行的是：光电二极管邻接于光学元件布置。在此，光电二极管能够布置在光学元件的背离主侧的一侧处。有利地，如果光电二极管的主延伸平面平行于刻面的主延伸平面伸展，则不需要通过光电二极管来检测偏转的激光辐射。
根据半导体激光器的至少一个实施方式，光学滤波器至少局部地布置在光电二极管上。光学滤波器能够使特定波长范围内的电磁辐射透过，并且不能够使特定波长范围外的电磁辐射透过。由激光二极管发射的激光辐射的波长能够处于该波长范围内。通过使用光学滤波器，通过光电二极管能够提高对激光辐射的强度的测量精度。例如，散射光不能够穿过光学滤波器到达光电二极管。
根据半导体激光器的至少一个实施方式，在光电二极管上布置有部分反射层，所述部分反射层被设计用于：将由激光二极管发射的激光辐射的一部分沿光电二极管的方向偏转。部分反射层能够部分地使由激光二极管发射的激光辐射透过，并且部分地使由激光二极管发射的激光辐射反射。因此，射到光电二极管上的激光辐射的一部分在部分反射层处被反射，并且入射的激光辐射的另一部分通过部分反射层到达光电二极管。部分反射层具有例如金属或介电材料。因此，能够借助光电二极管检测在主发射侧处射出的激光辐射的一部分。通过精确地确定从激光二极管射出的激光辐射的强度，半导体激光器能够安全地运行。
根据半导体激光器的至少一个实施方式，光电二极管的表面是不平坦的。该表面能够是光电二极管的表面，要检测的电磁辐射能够在该表面处进入到光电二极管中。光电二极管的不平坦的表面能够朝向激光二极管。还可行的是：光电二极管的不平坦的表面是背离载体的表面。光电二极管的表面不平坦还能够意味着：该表面是拱起的。还可行的是：该表面具有弯曲的形状或不完全平行于平面延伸。光电二极管的表面能够具有凹形形状。这能够意味着：表面朝着光电二极管的中心拱起。能够将部分反射层布置在光电二极管的不平坦的表面上。由激光二极管发射的激光辐射能够在光电二极管的不平坦表面处成形和/或偏转。因此，有利地，不需要附加的光学元件。
下面结合实施例和其所属的附图更详细地阐述在此描述的半导体激光器。
图1示出了根据一个实施例的贯穿半导体激光器的示意性横截面图。
图2、3、4、5、6、7、8、9和10示出了贯穿半导体激光器的其他实施例的横截面图。
图11A示出了根据另一实施例示的导体激光器的俯视图。
图11B示出了根据另一实施例的贯穿半导体激光器的示意性横截面图。
图12示出了根据一个实施例的光电二极管的俯视图。
图13A、13B和13C示出了半导体激光器的其他实施例。
相同的、相似的或起相同作用的元件在附图中设有相同的附图标记。附图以及在附图中示出的元件的彼此之间的尺寸关系不一定是合乎比例的。更确切地说，为了更好地示出单个元件和/或为了更好地理解，能够被夸大地示出。
图1示出了根据一个实施例的贯穿半导体激光器20的示意性横截面图。半导体激光器20没有示出壳体28。即，半导体激光器20的封装是任意的。半导体激光器20具有边缘发射的激光二极管21。激光二极管21具有用于产生激光辐射的有源区和具有辐射出射区域23的刻面22。在图1中，辐射出射区域23布置在刻面22的上部区域中。然而也可行的是：辐射出射区域23位于刻面22的其他区域中。
刻面22布置在激光二极管21的主发射侧处。这意味着：激光二极管21被设计用于：在运行中主要在主发射侧处发射激光辐射。激光二极管21布置在连接载体32上。连接载体32能够是所谓的基座。连接载体32能够具有例如Si、SiC、Ge或GaN或蓝宝石之类的半导体材料。激光二极管21与连接载体32导电地连接。因此，能够经由连接载体32来操控激光二极管21。
具有激光二极管21的连接载体32布置在载体25上。连接载体32能够是载体25的一部分。载体25能够包括驱动器，利用该驱动器能够操控激光二极管21。替选地可行的是：载体25为电子无源部件并且仅用作安装平面。载体25能够具有诸如Si、SiC、Ge或GaN或蓝宝石之类的半导体材料。
半导体激光器20还具有光电二极管24。光电二极管24布置在载体25上。光电二极管24与激光二极管21间隔开地布置。因为光电二极管24和激光二极管21两者都布置在载体25上，所以他们非无损可拆卸地彼此连接。光电二极管24具有主延伸平面，其平行于载体25的主延伸平面伸展。另外，光电二极管24的主延伸平面垂直于刻面22的主延伸平面伸展。光电二极管24还具有辐射入射侧33。光电二极管24被设计用于：检测射到辐射入射侧33上的电磁辐射。辐射入射侧33布置在光电二极管24的背离载体25的一侧处。
可选地，在辐射入射侧33处，将光学滤波器30布置在光电二极管24上。滤波器30能够透过特定波长范围内的电磁辐射，并且不能够透过或者能够较少地透过该波长范围以外的电磁辐射。
在竖直方向z上，光学元件27布置在光电二极管24与光学滤波器30上方，其中，竖直方向z垂直于载体25的主延伸平面伸展。因此，滤波器30在竖直方向z上布置在光学元件27与光电二极管24之间。
光学元件27具有带有倾斜侧面的长方体形状。光学元件27在横向方向x上布置在激光二极管21旁边，其中，横向方向x平行于载体25的主延伸平面伸展。光学元件27与激光二极管21间隔开地布置。因此，光学元件27布置在激光二极管21与光电二极管24之间。光学元件27的倾斜侧面是主面34。主面34朝向激光二极管21。特别地，主面34朝向刻面22。
光学元件27被设计用于：将由激光二极管21发射的激光辐射的一部分沿光电二极管24的方向偏转。在图1中，用箭头示出从激光二极管21射出的激光辐射。在刻面22处射出的激光辐射的主传播方向平行于载体25的主延伸平面伸展。在刻面22处射出的激光辐射射到光学元件27的主面34上。光学元件27能够部分地透过由激光二极管21发射的激光辐射，并且部分地反射由激光二极管21发射的激光辐射。因此，激光辐射的一部分在主面34处被反射并沿竖直方向z被偏转。
激光辐射在光学元件27处沿背离载体25的方向被反射。激光辐射的另一部分在主面34处进入到光学元件27中。该激光辐射部分地在朝向光电二极管24的一侧处再次从光学元件27射出。因此，在刻面22处射出的激光辐射的一部分到达光电二极管24并且能够在那里被检测。这使得可以安全并且可靠地监测从激光二极管21射出的激光辐射的强度。
与在光学元件27处被反射的激光辐射的分量相比，进入到光学元件27中的激光辐射的分量能够较小。被反射的激光辐射能够在竖直方向z上从半导体激光器20射出。因此，光学元件27被设计用于改变由激光二极管21发射的激光辐射的一部分的主传播方向。半导体激光器20是表面发射器。
为了将所发射的激光辐射的一部分在光学元件27处偏转，将部分反射层31施加到主面34上。部分反射层31能够具有金属。部分反射层31的层厚度足够薄，使得入射的激光辐射的一部分能够通过该部分反射层31进入到光学元件27中。光学元件27能够包括诸如玻璃之类的透明材料。
在图2中示出贯穿半导体激光器20的另一实施例的示意性横截面图。激光二极管21和光电二极管24布置在共同的壳体28中。壳体28具有覆盖件26和侧壁35。侧壁35布置在载体25上并且在横向方向x上完全包围激光二极管21和光电二极管24。在竖直方向z上，侧壁35比光学元件27和激光二极管21延伸得更远。覆盖件26布置在侧壁35上。覆盖件26在载体25的整个横向扩展之上延伸。因此，在覆盖件26、侧壁35与载体25之间成形腔36。激光二极管21和光电二极管24布置在腔36中。腔36能够相对于外部环境气密密封。
覆盖件26布置在半导体激光器20的辐射出射侧处。这意味着：由半导体激光器20发射的激光辐射通过覆盖件26射出半导体激光器20。因此，覆盖件26至少局部地能够透过由激光二极管21发射的激光辐射。从刻面22射出的激光辐射用箭头示出。激光辐射的一部分将沿覆盖件26的方向在主面34处被反射，使得被反射的激光辐射在竖直方向z上从半导体激光器20射出。
载体25具有凹部29，在该载体上布置有带有激光二极管21的连接载体32。光电二极管24布置在凹部29中。光学元件27布置在载体25上并且布置在光电二极管24上方。入射到主面34上的激光辐射的一部分穿过光学元件27到达光电二极管24，并且能够在那里被检测到。由于光电二极管24布置在凹部29中，所以半导体激光器20能够具有紧凑的形状。
在图3中示出贯穿半导体激光器20的另一实施例的示意性横截面图。与图2所示的实施例相比，载体25不具有凹部29。光电二极管24布置在载体25上。在此，光电二极管24的主延伸平面平行于刻面22的主延伸平面伸展。光学元件27布置在激光二极管21与光电二极管24之间。光电二极管24邻接于光学元件27的侧面，该侧面垂直于载体25的主延伸平面延伸。光电二极管24邻接于光学元件27的背离主面34的侧面。用箭头表示：入射到主面34上的激光辐射的一部分穿过光学元件27到达光电二极管24。在此，入射到光电二极管24上的激光辐射具有与从刻面22射出的激光辐射相同的主传播方向。半导体激光器20的该实施例也能够尤其紧凑地构成。
在图4中示出贯穿半导体激光器20的另一实施例的示意性横截面图。在该实施例中，半导体激光器20的封装是任意的。与图1所示的实施例相比，光电二极管24布置在载体25中。光电二极管24因此是载体25的整体组成部分。载体25能够包括诸如Si、Ge或SiC之类的半导体材料。如结合图1所阐述的那样，在刻面22处射出的激光辐射的一部分穿过光学元件27到达光电二极管24。在该实施例中，部分反射层31被单独示出并且完全覆盖主面34。
图5示出贯穿半导体激光器20的另一实施例的示意性横截面图。与图1所示的实施例相比，半导体激光器20不具有光学元件27。光电二极管24与激光二极管21间隔开地布置在载体25上。光电二极管24的主延伸平面横向于或倾斜于刻面22的主延伸平面伸展。此外，光电二极管24的主延伸平面横向于或倾斜于载体25的主延伸平面伸展。
在光电二极管24的辐射入射侧33处布置有部分反射层31。部分反射层31能够部分地透过由激光二极管21发射的激光辐射，并且部分地反射由激光二极管21发射的激光辐射。这意味着，部分反射层31被设计用于：将由激光二极管21发射的激光辐射的一部分沿光电二极管24的方向偏转。由激光二极管21发射的激光辐射的另一部分在部分反射层31处被反射，并且在竖直方向z上从半导体激光器20射出。能够将部分反射层31如布置在光学元件27上的部分反射层31那样构建。可选地，还将光学滤波器30布置在辐射入射侧33处。
在图6中示出贯穿半导体激光器20的另一实施例的示意横截面图。与图1所示的实施例相比，光电二极管24布置在激光二极管21与光学元件27之间。光电二极管24布置在载体25上。另外，光电二极管24与激光二极管21间隔开地布置，并且与光学元件27间隔开地布置。在刻面22处射出的激光辐射射到光电二极管24上。在此，光电二极管24沿射出的激光辐射的主放射方向的方向布置。因此，从刻面22射出的激光辐射的全部或大部分射到光电二极管24上。这使得能够以改进的信噪比精确地确定从激光二极管21射出的激光辐射的强度。
光电二极管24至少局部地能够透过由激光二极管21发射的激光辐射。因此，发射的激光辐射穿过光电二极管24到达光学元件27。在主面34处，激光辐射偏转到竖直方向z上。在主面34处，光学元件27构成为反射激光辐射。这意味着，主面34对于入射的激光辐射的反射率例如为至少90％或至少95％。
光电二极管24能够具有SiC或蓝宝石。可选地，另一光学元件39布置在光电二极管24的辐射入射侧33处。该另一光学元件39用于对在刻面22处射出的激光辐进行射束成形。例如，该另一光学元件39被设计用于：将从刻面22射出的激光辐射聚焦到光电二极管24上。
在图7中示出贯穿半导体激光器20的另一实施例的示意性横截面图。与图2所示的实施例相比，光电二极管24固定在半导体激光器20的覆盖件26处。覆盖件26或覆盖件26的一部分能够是用于光电二极管24的生长衬底。该生长衬底能够具有蓝宝石或SiC。此外，光电二极管24至少局部地能够透过由激光二极管21发射的激光辐射。将用于电接触光电二极管24的电气触点37布置在侧壁35之一中并且局部地布置在覆盖件26处。因此，光电二极管24能够经由载体25来操控。光学元件27在主面34处对由激光二极管21发射的激光辐射具有高的反射率。主面34对由激光二极管21发射的激光辐射的反射率例如为至少90％或至少95％。
因此，在刻面22处射出的激光辐射绝大部分将在主面34处沿覆盖件26的方向被反射。光电二极管24固定在覆盖件26处的区域中，在被反射的激光辐射中的大部分被射到覆盖件26的区域中。因此，全部或大部分的所发射的激光辐射射到光电二极管24上。这提高了对所发射的激光辐射的强度的测量精度。所发射的激光辐射穿过光电二极管24和覆盖件26从半导体激光器20射出。
在图8中示出贯穿半导体激光器20的另一实施例的示意性横截面图。与图7所示的实施例相比，光电二极管24未固定在覆盖件26处，而是布置在载体25上。光电二极管24布置在光学元件27旁边，使得光学元件27布置在激光二极管21与光电二极管24之间。覆盖件26能够部分地透过由激光二极管21发射的激光辐射。这意味着：在主面34处被反射的激光辐射的一部分穿过覆盖件26沿竖直方向z从半导体激光器20射出。射到主面34上的激光辐射的一部分将在主面34处进行散射，并且经由在覆盖件26处的全反射到达光电二极管24。光电二极管24的主延伸平面平行于载体25的主延伸平面伸展。激光辐射中的穿过覆盖件26从半导体激光器20射出的分量是显著大于激光辐射中的在主面34处散射的分量。
可选地，在覆盖件26处布置有具有非常低反射率并且对于所发射的激光辐射具有高透射率的部分反射层31。这意味着：激光辐射中的较少一部分在部分反射层31处被反射并能够到达光电二极管24。入射到部分反射层31上的激光辐射的大部分穿过部分反射层31和覆盖件26从半导体激光器20射出。该实施例实现半导体激光器20的紧凑构造。
在图9中示出贯穿半导体激光器20的另一实施例的示意性横截面图。与图7中所示的实施例相比，光电二极管24不沿着激光辐射的主传播方向布置。用箭头示出：在主面34处被反射的激光辐射的主传播方向沿竖直方向z伸展。被反射的激光辐射穿过覆盖件26从半导体激光器20射出。光电二极管24固定在覆盖件26处，并且位于以下区域旁边，即在该区域中所发射的激光辐射的大部分穿过覆盖件26从半导体激光器20射出。光电二极管24不是必须能够透过激光辐射。入射到主面34上的激光辐射中的较少一部分沿其他方向散射。另外，激光辐射具有一定的发散。因此，激光辐射的一部分到达光电二极管24并在那里被检测。
图10示出贯穿半导体激光器20的另一实施例的示意性横截面图。与图1所示的实施例相比，光电二极管24布置在连接载体32中。在此，在刻面22的侧部处，光电二极管24布置在连接载体32中。光学元件27对于所发射的激光辐射具有高的反射率。入射到光学元件27上的激光辐射偏转到竖直方向z上。光电二极管24被设计用于检测在刻面22处射出的激光辐射的散射光。因此，能够通过光电二极管24直接监测从激光二极管21射出的激光辐射。
在图11A中示出半导体激光器20的另一实施例的俯视图。半导体激光器20具有三个激光二极管21。激光二极管21布置在连接载体32上，所述连接载体布置在载体25上。激光二极管21的主辐射方向彼此平行伸展。另外，光学元件27与激光二极管21间隔开地布置在载体25上。光学元件27被布置成使得在刻面22处由每个激光二极管21发射的激光辐射发射到主面34上。半导体激光器20还具有两个光电二极管24。每个光电二极管24在横向方向x上布置在各两个激光二极管21之间。光电二极管24能够布置在连接载体32上、载体25上或载体25中。
光学滤波器30布置在两个光电二极管24之一上。没有在另一光电二极管24上布置光学滤波器30。光学滤波器30能够透过由激光二极管21发射的激光辐射。其他波长范围内的电磁辐射的绝大部分被光学滤波器30吸收。通过对由两个光电二极管24检测到的辐射进行比较，能够确定背景辐射和散射光的分量。因此，能够改进所检测到的激光辐射的信噪比。
图11B示出贯穿图11A中所示的半导体激光器20的实施例的示意性横截面图。在覆盖件26的朝向载体25的一侧上布置有部分反射层31。由激光二极管21发射的激光辐射中的较少一部分在部分反射层31处被反射。因此，激光辐射的一部分到达光电二极管24。覆盖件26至少局部地能够透过由激光二极管21发射的辐射。光电二极管24的辐射入射侧33布置在光电二极管24的背离载体25的一侧处。
在图12中示出光电二极管24的一个实施例的俯视图。光电二极管24是图11A和图11B中所示的实施例的光电二极管24，在所述光电二极管上布置有光学滤波器30。滤波器30具有三个不同的滤波器区域38。另外，光电二极管24具有三个区段。在每个区段上布置有滤波器区域38。将激光二极管21之一分配给每个滤波器区域38。滤波器区域38能够透过由所分配的激光二极管21发射的激光辐射，并且不能够透过其他波长范围的激光辐射。例如，滤波器区域38之一能够透过红光，滤波器区域38之一能够透过蓝光，并且滤波器区域38之一能够透过绿光。光电二极管24还具有两个电气触点37，以电接触光电二极管24。
替选于图12所示的实施例，图11A和图11B所示的实施例的半导体激光器20能够具有总共四个光电二极管24。在此，在光电二极管24中的三个光电二极管上分别布置一个光学滤波器30。如上所述，将激光二极管21之一分配给每个光学滤波器30。没有在第四光电二极管24上布置光学滤波器30。
在图13A中示出贯穿半导体激光器20的另一实施例的示意性横截面图。与图5所示的实施例相比，光电二极管24具有不平坦或拱起的表面。在此，刻面22的拱起的表面朝向激光二极管21。布置在光电二极管24的表面上的部分透明层31同样具有拱起的形状。总体上，光电二极管24的表面具有凹形形状。这意味着：光电二极管24的表面向内拱起。因此，光电二极管24的具有部分透明层31的表面用于对由激光二极管21发射的激光辐射进行射束偏转和射束成形。光电二极管24具有有源区域40，所述有源区域被设计用于：在光电二极管24运行时检测电磁辐射。有源区域40平行于光电二极管24的拱起的表面延伸。
图13B示出图13A所示的光电二极管24的一部分的俯视图。图13A中所示的横截面沿虚线伸展。光电二极管24布置在载体25上。在俯视图中，表面的拱起示出为圆形。
在图13C中示出贯穿半导体激光器20的另一实施例的示意性横截面图。与图13A所示的实施例相比，光电二极管24的有源区域40平行于光电二极管24的主延伸平面延伸。
本申请要求德国专利申请102018128751.8的优先权，其公开内容通过参考并入本文。
本发明不局限于根据实施例进行的描述。更确切地说，本发明包括每个新特征以及特征的任意的组合，这尤其是包含在权利要求中的特征的任意的组合，即使所述特征或所述组合自身没有明确地在权利要求中或实施例中说明时也如此。
附图标记说明
20：半导体激光器
21：激光二极管
22：刻面
23：辐射出射区域
24：光电二极管
25：载体
26：覆盖件
27：光学元件
28：壳体
29：凹部
30：滤波器
31：部分反射层
32：连接载体
33：辐射入射侧
34：主面
35：侧壁
36：腔
37：电气触点
38：滤波器区域
39：另一光学元件
40：有源区域
x：横向方向
z：竖直方向

Claims (17)

1.一种半导体激光器(20)，其具有：
-边缘发射的激光二极管(21)，所述边缘发射的激光二极管具有用于产生激光辐射的有源区以及具有辐射出射区域(23)的刻面(22)，以及
-至少一个光电二极管(24)，其中，
-所述刻面(22)布置在所述激光二极管(21)的主发射侧处，
-所述光电二极管(24)被布置成使得在所述刻面(22)处出射的激光辐射的至少一部分到达所述光电二极管(24)，并且
-所述激光二极管(21)和所述光电二极管(24)以非无损可拆卸的方式彼此连接。
2.根据前一项权利要求所述的半导体激光器(20)，其中，所述光电二极管(24)和所述激光二极管(21)布置在共同的载体(25)上。
3.根据前述权利要求之一所述的半导体激光器(20)，其中，所述光电二极管(24)固定在所述半导体激光器(20)的覆盖件(26)处。
4.根据前述权利要求之一所述的半导体激光器(20)，其中，光学元件(27)布置在所述激光二极管(21)与所述光电二极管(24)之间，其中，所述光学元件(27)设计用于：将由所述激光二极管(21)发射的激光辐射的一部分沿所述光电二极管(24)的方向偏转。
5.根据前一项权利要求所述的半导体激光器(20)，其中，所述光学元件(27)布置在用于所述光电二极管(24)和所述激光二极管(21)的载体(25)上。
6.根据权利要求4或5所述的半导体激光器(20)，其中，所述光学元件(27)能够部分地透过由所述激光二极管(21)发射的激光辐射，并且部分地反射由所述二极管(21)发射的激光辐射。
7.根据权利要求4至6之一所述的半导体激光器(20)，其中，所述光学元件(27)设计用于：改变由所述激光二极管(21)发射的激光辐射的至少一部分的主传播方向。
8.根据前述权利要求之一所述的半导体激光器(20)，其中，所述光电二极管(24)能够至少局部地使由所述激光二极管(21)发射的激光辐射透过。
9.根据前述权利要求之一所述的半导体激光器(20)，所述半导体激光器在辐射出射侧处具有覆盖件(26)，所述覆盖件能够部分地透过由所述激光二极管(21)发射的激光辐射并且部分地反射由所述激光二极管(21)发射的激光辐射。
10.根据前述权利要求之一所述的半导体激光器(20)，其中，所述激光二极管(21)和所述光电二极管(24)布置在共同的壳体(28)中。
11.根据前述权利要求之一所述的半导体激光器(20)，其中，所述光电二极管(24)是用于所述激光二极管(21)的载体(25)的组成部分。
12.根据权利要求1至10之一所述的半导体激光器(20)，其中，用于所述激光二极管(21)的载体(25)具有凹部(29)，所述光电二极管(24)布置在所述凹部中。
13.根据前述权利要求之一所述的半导体激光器(20)，其中，所述光电二极管(24)的主延伸平面横向于或垂直于所述刻面(22)的主延伸平面伸展。
14.根据权利要求1至12之一所述的半导体激光器(20)，其中，所述光电二极管(24)的主延伸平面平行于所述刻面(22)的主延伸平面伸展。
15.根据前述权利要求之一所述的半导体激光器(20)，其中，光学滤波器(30)至少局部地布置在所述光电二极管(24)上。
16.根据前述权利要求之一所述的半导体激光器(20)，其中，在所述光电二极管(24)上布置有部分反射层(31)，所述部分反射层被设计用于：将由所述激光二极管(21)发射的激光辐射的一部分沿所述光电二极管(24)的方向偏转。
17.根据前述权利要求之一所述的半导体激光器(20)，其中，所述光电二极管(24)的表面是不平坦的。
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