DE3300902C2

DE3300902C2 - Zylindrisches Gehäuse für ein lichtemittierendes Halbleiterelement

Info

Publication number: DE3300902C2
Application number: DE3300902A
Authority: DE
Inventors: Rainer 7030 Böblingen Eggert; Wolfgang 7000 Stuttgart Schmid
Original assignee: Hewlett Packard GmbH Germany
Current assignee: Hewlett Packard GmbH Germany
Priority date: 1983-01-13
Filing date: 1983-01-13
Publication date: 1985-01-10
Also published as: DE3300902A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Halbleiterlaser mit Kollimierungslinse und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Als Kollimierungslinse wird eine sphärische Mikrolinse 7 verwendet, die konzentrisch in eine Gehäusekappe 2 eingesetzt ist. Die Gehäusekappe 2 ist als Drehteil gefertigt und auf einen paßgenauen Positionierring 1 aufgesetzt. Zur Justierung der optischen Anordnung läßt sich der Positionierring 1 auf den Gehäuseboden in horizontaler Richtung und die Gehäusekappe 2 vertikal gegenüber dem Positionierring 1 verschieben. Sobald die gewünschte Position der Linse 7 in bezug auf das lichtemittierende Halbleiterelement 5 erreicht ist, werden Gehäuseboden 3 und Positionierring 1 sowie Positionierring 1 und Gehäusekappe 2 miteinander verschweißt. Durch die Verwendung einer kurzbrennweitigen Mikrolinse erhält man für die gesamte Anordnung eine äußerst kompakte Bauform.

Description

Die Erfindung betrifft ein zylindrisches Gehäuse für ein lichtemittierendes Halbleiterelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Es ist ein derartiges Gehäuse bekannt (DE-OS 28 190), bei dem die Linse mit einer komplizierten, mit einem Vakuum-Ansaugkopf und einem feinverstellbaren Antrieb ausgestatteten Justierungseinrichtung montiert wird.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Gehäuse für ein lichtemittierendes Halbleiterelement mit einer einfacher und dennoch exakt eingebauten Linse zu schaffen.

Ausgehend von einem Gehäuse nach dem Oberbegriff wird diese Aufgabe durch das Kennzeichen von Anspruch 1 gelöst.

Die verwendete Mikrolinse hat eine Brennweite im Millimeterbereich, die kleiner als zwei Millimeter sein kann. Die Linse ist in einp glatt durchgehende Bohrung eingesetzt. Um eine gasdichte Verbindung zwischen Gehäuse und Linse herzustellen, wird zwischen der Mantelfläche der Linse und dem Rand der Bohrung ein flüssiger Kleber eingebracht. Bedingt durch die Oberflächenspannung des Klebers, der durch Kapillarwirkung in den engen Spalt zwischen Linse und Gehäuse vollständig eindringt, wird hierbei die Linse überraschenderweise selbsttätig in der Öffnung zentriert, so daß die Mittelachse des Gehäuses mit der optischen Achse der Linse deckungsgleich ist. Der Kleber wird dann innerhalb kurzer Zeit auf geeignete Weise (z. B. durch UV-Bestrahlung) spannungsfrei ausgehärtet und bei höheren Temperaturen ausgegast.

Für die Montage der Mikrolinse ist es vorteilhaft, wenn diese an der dem lichtemittierenden Halbleiterelement zugewandten Seite eine plangeschliffene Fläche hat, die von der zylindrischen Mantelfläche beg-enzt wird. Auf der der plangeschliffenen Fläche gegenüberliegenden Seite befindet sich die Kugelfläche der Linse. Die Linse liegt bei der Montage lediglich mit ihrer plangeschliffenen Fläche lose auf einer ebenen Montagefiäche. ohne daß verstellbare Justierhilfen für die Montage erforderlich sind.

Durch die Anordnung der Montageöffnung in einer Senkung im Gehäuse wird die Zufuhr des Klebers erleichtert und die Linse vor Beschädigung geschützt.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. I einen Halbleiterlaser,

F i g. 2 die Draufsicht des in F i g. 1 dargestellten Halbleiterlasers teilweise geschnitten,
F i g. 3 einen Ausschnitt aus der Gehäusekappe, in die die Linse mittels eines Montageblockes eingesetzt ist, und

Fig.4 die Position der Linse in der in der Gehäusekappe befindlichen Öffnung.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Seitenansicht des Halbleiterlasers ist das Gehäuseoberteil, welches aus einem Positionierring 1 und einer Gehäusekappe 2 besteht, im Schnitt gezeichnet. Der Positionierring 1 liegt auf dem Gehäuseboden 3 auf. an dessen Unterseite sich die Anschlußdrähte 4 befinden.

Im Innenraum zwischen GehäuseBoden 3 und dem aus Positionierring 1 und Gehäusekappe 2 bestehenden Gehäuseoberteil befindet sich ein lichtemittierendes Halbleiterelement 5. welches über einen Kühlkörper 6 mit dem Gehäuseboden 3 verbunden isc. Die Haupt-Strahlungsrichtung des Halbleiterelementes ist gegenüber dem Gehäuseboden 3 senkrecht nach oben gerichtet.

Die vom Halbleiterelement ausgesendete Strahlung ist divergent mit Öffnungswinkeln von beispielsweise 50 Grad. Damit nun ein Großteil dieser Strahlung von einer möglichst kleinen Linse kollimiert werden kann, wird eine kurzbrennweitige Linse 7 dicht über dem Halbleiterelement 5 angeordnet. Bei der Linse 7 handelt es sich um eine plankonkave, sphärische Mikrolinse, die

so aus einem hochbrechenden Glas mil einem Brechungsindex von ca. 1,8 besteht. Die Brennweite der Linse kann beispielsweise mit 1,2 mm und ihr Durchmesser 1,5 mm betragen. Die Linse ist in die Gehäusekappe eingeklebt. Die in Fig. 2 dargestellte Draufsicht zeigt den HaIbleiterlaser mit Kollimierungslinse teilweise im Schnitt. Die Schnittebene AB ist in Fig. 1 angegeben. Der auf dem Gehäuseboden 3 aufliegende Positionierring 1 und die Gehäusekappe 2 sind Drehteile, die wie der Gehäusebeden aus einem Material bestehen, welches sich miitels eines Laserschweißgerätes verschweißen läßt. Der Gehäuseboden 3 besitzt noch zwei seitliche Befestigungslöcher 12.

F i g. 3 zeigt einen vergrößerten Querschnitt der Gehäusekappe 2, in die die Linse 7 mittels eines Montageblockes 13 eingesetzt ist. Die Linse 7 befindet sich in einer Öffnung 14, an die sich eine nach oben breiter werdende Senke 15 anschließt. Die Senkung 15 ist so ausgebildet, daß mit einer ein flüssiger KIe-

Mikropipette ^

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ber zwischen Linse 7 und die sie umgebende Gehäusekappe 2 eingebracht werden kann. Die Linse 7 liegt dabei mit ihrer plangeschliffenen Fläche 16 auf der oberen, ebenen Fläche 17 des Montageblockes 13 auf. Die Fläche 16 wird von einer zylindrischen Mantelfläche 18 begrenzt. Die Kugelfläche 19 der Linse 7 äst nach oben gerichtet und begrenzt die Höhe der Mantelfläche 18.

Wird nun an einigen Stellen mittels einer Pipette der flüssige Kleber zwischen die Man'.elfläche 18 und die sie umgebende Wandung der öffnung 14 eingebracht, so verteilt sich der Kleber durch den Kapillareffekt auf der gesamten Mantelfläche 18. Außerdem bewirkt die Oberflächenspannung des Klebers, daß die Linse 7 innerhalb der öffnung 14 zentriert wird.

Damit der Kleber die untere Fläche 16 der Linse 7 is nicht verunreinigt, ist in die ebene Fläche 17 des Montageblockes 13 ein ringförmiger Einstich 23 eingearbeitet. Dieser Einstich 23 ist so angeordnet, daß die untere Kante der Mantelfläche 18 nicht auf dem Montageblock 13 aufliegt.

Nachdem der flüssige Kleber in den enger. Spalt zwischen Linse 7 und Gehäusekappe 2 eingebracht ist, kann dieser z. B. durch UV-Bestrahlung ausgehärtet und längere Zeit bei höheren Temperaturen ausgegast werden. Der ausgehärtete Kleber gewährleistet dann eine gasdichte Verbindung zwischen Linse 7 und Gehäusekappe 2. Die derart vorgefertigte Gehäusekappe 2 mit Linse 7 kann dann zusammen mit dem Positionierring 1 justiert und verschweißt werden, der wiederum mit dem Gehäuseboden verschweißt wird. Dsi lichtemittierende Halbleiterelement 5 befindet sich dann in einem vollständig abgekapselten Innenraum.

Fig.4 zeigt von oben die Lage der Linse 7 in der öffnung 14. Durch das Eindringen des Klebers 20 wandert die Linse 7 beispielsweise von der mit unterbrochener Linie dargestellten Position 21 in die Mitte der öffnung 14 und nimmt dadurch die konzentrische Position 22 ein.

Durch die Verwendung einer kurzbrennweitigen Mikrolinse erhält man eine äußerst kompakte Ausführung für den Halbleiterlaser mit Kollimierungslinse. Die Mikrolinse muß nicht mit Einstellvorrichtungen in der Gehäusekappe justiert werden, wodurch erst die Verwendung einer äußerst kleinen Mikrolinse möglich wird. Durch die Selbstzentrierung und die Verwendung des Montageblockes 13 wird sichergestellt, daß die optische Achse der Linse 7 mit der Mittelachse der Gehäusekappe 2 deckungsgleich ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

33 OO 902 Patentansprüche:

1. Zylindrisches Gehäuse für ein lichtemittierendes Halbleiterelement mit einer Linse, die an einer zu ihrer optischen Achse koaxialen zylindrischen Fläche mit einer im Gehäuse konzentrisch angeordneten runden Öffnung verklebt ist und zum Kollimieren der von dem Halbleiterelement ausgesendeten Strahlung dient, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (7) eine einteilige Mikrolinse mit einer Brennweite im Millimeterbereich ist, daß die Öffnung (14) eine glatt durchgehende Bohrung ist und daß ein Kleber (20) verwendet ist, der im flüssigen Zustand die Linse (7) aufgrund seiner Oberflächenspannung selbsttätig in der Öffnung (14) zentriert.

2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (7) eine zu ihrer optischen Achse senkrecht stehende und dem lichtemittierender. Halbleiterelement (5) zügewandie piangeschiiffene Fläche (16) und eine dem lichtemittierenden Halbleiterelement (5) angewandte Kugelfläche (19) aufweist.

3. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet-daß die Öffnung

(14) in einer im Gehäuse (2) vorgesehenen Senkung

(15) angeordnet ist.

4. Verfahren zum Herstellen des eine Kollimierungsünse enthaltenden Gehäuseseines lichtemittierenden Halbleitorelements gemäß Anspruch 2 oder 2 und 3, bei dem eine Linse (7) in eine Öffnung (14) eingesetzt wire/ und ein ilüssiger Kleber zwischen Linse (7) und Öffnung (14) eingebracht und ausgehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (7) lose auf einer ebenen Montagefläche (17) aufliegend in die Öffnung (14) eingesetzt wird.