DE102017124147A1

DE102017124147A1 - Licht emittierendes Bauelement

Info

Publication number: DE102017124147A1
Application number: DE102017124147.7A
Authority: DE
Inventors: Peter Jander
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2017-10-17
Filing date: 2017-10-17
Publication date: 2019-04-18
Also published as: WO2019076890A1; US20200343686A1; US11404845B2

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

Es wird ein Licht emittierendes Bauelement angegeben.
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 In_xGa_yAl_1-x-yAs, für rote bis gelbe Strahlung beispielsweise eine Halbleiterschichtenfolge oder zumindest eines aktive Schicht auf Basis von In_xGa_yAl_1-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 In_xGa_yAl_1-x-yN geeignet, wobei jeweils 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 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:

1A bis 1D schematische Darstellungen eines Licht emittierenden Bauelements sowie Teilen davon gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 und 3 schematische Darstellungen von Teilen eines Licht emittierenden Bauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und eines Vergleichsbeispiels,
4 eine schematische Darstellung eines Teils eines Licht emittierenden Bauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
5 eine schematische Darstellung eines Licht emittierenden Bauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und
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 1A bis 1D ist ein Ausführungsbeispiel für ein Licht emittierendes Bauelement 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt. Die 1A zeigt eine aufgeschnittene dreidimensionale Darstellung des Bauelements, während die 1B eine zweidimensionale Schnittdarstellung zeigt. In den 1C und 1D sind das optische Element 4 und das Gehäuse 1 einzeln dargestellt. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich gleichermaßen auf die 1A bis 1D.
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 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 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 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 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 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 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 2 ist ein Teil des Licht emittierenden Bauelements zur nochmaligen Verdeutlichung einiger Vorteile des Bauelements gezeigt. In 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 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 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 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 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 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Licht emittierendes Bauelement 100 gezeigt, das im Vergleich zum Ausführungsbeispiel der 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 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 6A bis 6D sind verschiedene Ausführungsbeispiele für das Trägerelement 5 gezeigt, wobei das in 6A gezeigte Trägerelement 5 dem des Ausführungsbeispiels der 1A bis 1D und das in 6D gezeigte Trägerelement 5 dem des Ausführungsbeispiels der 5 entspricht. In den 6B bis 6D ist zusätzlich noch die montierte Halbleiterlaserdiode 2 (ohne Bonddraht-Anschluss) gezeigt.
Das in 6A gezeigte Trägerelement 5 weist, wie auch die weiteren Ausführungsbeispiele, im Wesentlichen eine QuaderForm 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 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 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 5 erläutert ist, ein Absetzten über einem Wulst in der Bodenfläche des Gehäuses möglich ist.
Das in 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 in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

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

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.
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.
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.
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.
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.
Bauelement nach einem der beiden vorherigen Ansprüche, wobei jede der Kontaktschichten des Trägerelements auf jeweils einem der Kontaktbereiche montiert ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Trägerelement in der Unterseite zwischen den Kontaktschichten eine Furche (56) aufweist.