EP4476799A1 - Halbleiterlaser mit strahlungsführungselement - Google Patents

Halbleiterlaser mit strahlungsführungselement

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EP4476799A1
EP4476799A1 EP22822081.0A EP22822081A EP4476799A1 EP 4476799 A1 EP4476799 A1 EP 4476799A1 EP 22822081 A EP22822081 A EP 22822081A EP 4476799 A1 EP4476799 A1 EP 4476799A1
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EP
European Patent Office
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radiation
laser
laser diode
semiconductor laser
exit window
Prior art date
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Pending
Application number
EP22822081.0A
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English (en)
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Markus KEIDLER
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Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Ams Osram International GmbH
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Publication date
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    • H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
    • H01S5/0282—Passivation layers or treatments

Definitions

  • the invention relates to a semiconductor laser with a radiation guide element, in particular an optical element or light guide, and a corresponding manufacturing method.
  • the invention also relates to a radiation transmission element, in particular a radiation exit window for a laser housing, with at least one optical element and a corresponding manufacturing method.
  • a problem to be solved is to provide a semiconductor laser that is efficiently encapsulated and that can be produced efficiently.
  • a further object consists in specifying a semiconductor laser with a self-adjusting radiation guide element, in particular an optical element or light guide.
  • a further object consists in specifying a corresponding radiation transmission element, in particular a radiation exit window for a laser housing.
  • the semiconductor laser comprises a laser diode, which has an active zone for generating laser radiation and a radiation exit area, via which the laser radiation can exit the laser diode.
  • the semiconductor laser also has a radiation guide element which is arranged on the laser diode in the radiation exit region and is monolithically connected to the laser diode.
  • the radiation guiding element comprises a material or consists of a material that can be applied to the laser diode by means of the laser radiation.
  • the radiation guiding element is particularly preferably arranged directly (without an intermediate layer) on the laser diode in the radiation exit region or directly on a dielectric mirror. Accordingly, the radiation-guiding element can be applied in a self-aligning manner precisely to the beam exit region by the laser diode being operated to apply the radiation-guiding element.
  • the radiation guiding element is preferably stable with respect to the laser radiation, also referred to as "radiation-stable", i.e. it does not degrade in an operating state or does not degrade significantly within a normal overall operating time of the semiconductor laser.
  • the laser diode can be any semiconductor laser diode.
  • the so-called optical tweezers effect is particularly pronounced in edge-emitting semiconductor laser diodes. Due to the high power densities, organic and inorganic dirt/compounds are attracted from the ambient air and deposited on the laser facet . Due to the high energy densities in the area of the laser facet, the facet can decompose and deposit or accumulation of particles and decomposition products. This results in an interaction with the emitted radiation, which in turn leads to additional heating of the facet. The connection described above can lead to self-reinforcing effects that can ultimately lead to the destruction of the laser (COD, catastrophic optical damage).
  • COD catastrophic optical damage
  • the radiation guide element is designed as a protective element that reduces such effects.
  • it can be designed in such a way that it enables the semiconductor laser to be operated in normal ambient air.
  • it can have a certain minimum thickness.
  • the laser diode is preferably an edge-emitting laser diode.
  • the radiation exit area is an area of the laser facet, ie the radiation guiding element is arranged in the radiation exit area on the laser facet, preferably directly on the laser facet, and is monolithically connected to the laser facet.
  • the radiation-guiding element can—preferably directly—be applied to a distributed Bragg reflector, via which the laser radiation exits during operation, or—preferably directly—to a substrate via which the laser radiation exits during operation.
  • the radiation-guiding element can be applied—preferably directly—to a photonic crystal of the PCSEL.
  • the substance can in particular be an inorganic substance.
  • the material may include or consist of silicon, aluminum, tantalum, titanium or hafnium.
  • the substance can be a dielectric, such as: silicon dioxide Si 0 2 , aluminum oxide Al 2 O 3 , tantalum oxide TaO, tantalum dioxide Ta 0 2 , ditantal pentaoxide Ta 2 0 5 f titanium dioxide TiO 2 , hafnium dioxide HfO 2 . Particularly good experimental results were achieved with silicon dioxide SiO 2 .
  • the radiation guiding element can be configured as a radiation decoupling element. This means that the radiation guiding element has a radiation decoupling surface which is not connected to a further optical element and via which the radiation can be emitted to an atmosphere.
  • the radiation decoupling element can be designed to shape the laser radiation (hereinafter referred to as “optical element”) called ) , in particular it can be designed as a refractive lens .
  • the lens can be designed in such a way that the laser radiation is expanded by the lens effect in order to enable operation of the semiconductor laser in normal ambient air.
  • the radiation decoupling element can enable self-adjusting focusing of the laser beam in order to optimize the beam profile.
  • a radiation decoupling element can be present, which is monolithically connected to the radiation guide element.
  • the radiation guiding element can then represent a coupling element (in particular a light guide) with which the laser radiation is guided from the laser diode to the radiation decoupling element.
  • the beam decoupling element can be set up to shape the laser radiation.
  • the beam decoupling element can be any lens, in particular a refractive lens, or a prism that changes a propagation direction of the laser radiation.
  • the radiation decoupling element can be arranged downstream of the radiation guide element along a beam path of a laser radiation that can be generated with the semiconductor laser. This means that a laser radiation generated when the laser diode is active is first transmitted through the radiation guide element and then through the radiation decoupling element.
  • the semiconductor laser can also comprise a carrier on or on which the semiconductor laser and, if necessary. the radiation decoupling element are arranged.
  • the laser and possibly. the radiation decoupling element can be mounted on it.
  • the semiconductor laser has a number of laser diodes.
  • a single laser diode can also have multiple emission points.
  • the semiconductor laser can include a VCSEL array or an edge emitter with a plurality of laser ridges (laser bars).
  • the semiconductor laser preferably has as many radiation guide elements as there are emission points.
  • the laser diode can be set up to emit light in the visible spectral range, in particular in the blue spectral range.
  • the semiconductor laser described is preferably used in a head-up display of a motor vehicle or as a beam source in a laser beamer.
  • Step S2 includes the sub-step of exposing (S2a) the laser diode to an atmosphere containing a precursor, e.g. B. a metal organyl and optionally. a nitrogen and/or oxygen supplier, which can be excited to a chemical reaction by the laser radiation.
  • Step S2 also includes the sub-step of operating S2b the laser diode, so that the chemical reaction is excited and the precursor is converted into a substance that monolithically forms the radiation-guiding element in the radiation exit area on the laser diode.
  • the optional addition of oxygen prevents the deposition of carbon on the facet.
  • the laser diode can be an edge-emitting laser diode. Then the beam ment exit area a laser facet and the radiation guiding element is arranged on the laser facet, preferably directly.
  • the laser diode can be a VCSEL or a PCSEL.
  • the radiation guide element is preferably radiation-stable and preferably a protective element and preferably enables operation of the semiconductor laser in normal ambient air.
  • the precursor can in particular be an inorganic precursor. Accordingly, the substance can be an inorganic substance.
  • the precursor may include or consist of silicon, aluminum, tantalum, hafnium or titanium.
  • the substance can include or consist of silicon, aluminum, tantalum, hafnium or titanium.
  • SiO 2 A volatile silicone ( Si x H y C z ) , e.g. B.
  • Silane ( Si x H 2x ) used as precursor This reacts with oxygen O 2 from the atmosphere to form silicon dioxide SiO 2
  • the Si can be replaced by another metal with a suitable refractive index of the oxide formed.
  • the radiation guiding element can be designed as a radiation decoupling element, and it can be suitable for shaping the laser radiation.
  • a radiation decoupling element can be present in addition to the radiation guide element, which element is monolithically connected to the radiation guide element.
  • a corresponding manufacturing method also includes step S 2a of providing the radiation decoupling element and step S 2 b of arranging the radiation decoupling element relative to the laser diode in such a way that during operation of the laser diode the laser radiation passes through the Radiation decoupling element is transmitted through. Accordingly, in step S2a, both the laser diode and the radiation decoupling element are then exposed to the atmosphere with the precursor and in step S2b, when the laser diode is operated, the radiation guide element is formed in the radiation exit area on the laser diode in such a way that it monolithically connects the laser diode to the radiation guide element .
  • the semiconductor laser can also include a carrier on or on which the semiconductor laser and, if necessary. the radiation decoupling element are arranged.
  • the semiconductor laser can have a number of laser diodes, and a number of the radiation-guiding elements can then be produced.
  • the laser diode can be set up to emit light in the visible spectral range, in particular in the blue spectral range.
  • the semiconductor laser described is preferably used in a head-up display of a motor vehicle as a beam source in a laser beamer.
  • a radiation transmission element in particular a radiation exit window for a laser housing, comprises a base element, in particular a radiation exit window base element, and one or more optical elements arranged on the base element and monolithically connected to the base element.
  • the optical elements in turn comprise or consist of a material that can be applied to the base element by means of laser radiation.
  • the base element can in particular be a radiation exit window base element; it can preferably be a planar or predominantly planar pane that is transparent to the laser radiation.
  • Radiation guide element can or can the optical Elements are self-aligning generated on the base element by a laser diode for applying the optical element or elements is operated.
  • the optical element is designed to shape the laser radiation.
  • This can be a refractive lens.
  • the lens can be designed in such a way that the laser radiation is expanded by the lens effect.
  • the substance can be the substances mentioned at the outset, in particular silicon dioxide.
  • an optoelectronic device comprises one or more semiconductor laser diodes, each of which has an active zone for generating laser radiation, and a hermetic laser housing in which the semiconductor laser diodes are arranged.
  • the radiation exit window described above is part of the hermetic laser housing.
  • the laser diodes are arranged relative to the radiation exit window in such a way that each laser diode is assigned one of the optical elements through which the laser radiation of the respective laser diode can exit in an operating state.
  • the laser diodes can be laser diodes of one of the types mentioned above, e.g. B. edge-emitting laser diodes or a VCSEL array, and an application in a head-up display or as a beam source in a laser beamer is preferred.
  • the radiation transmission element is first provided in step S21. Then the optical element or elements are applied to the radiation transmission element in step S22. First, the radiation transmission element is exposed to an atmosphere with a precursor that can be excited to a chemical reaction by laser radiation (step S22a) • Then a laser beam is generated, so that the chemical reaction is stimulated by the laser beam and the precursor is converted into a substance that forms the optical elements monolithically on the radiation transmission element (step S2 2b) •
  • At least one semiconductor laser diode is first provided (step S31) with an active zone for generating laser radiation.
  • a hermetic laser housing with a radiation exit window base element is provided (step S32).
  • the laser diode is then arranged in the laser housing (step S33) in such a way that, in an operating state, the laser radiation of the laser diodes can exit via the radiation exit window base element.
  • step S34 The application of the optical element or elements in step S34 to the radiation exit window base element is carried out by exposing the radiation exit window base element to an atmosphere with a precursor that can be excited by the laser radiation to a chemical reaction in step S34a and then in step 8345 the laser diode is operated, so that the chemical reaction is excited and the precursor is converted into a substance that forms the at least one optical element monolithically on the radiation exit window base element.
  • An interior space of the laser housing is preferably kept free of the precursor in step Ss4a .
  • the at least one laser diode can in particular be a laser diode of one of the types described above.
  • the substance can be one of the substances described above, in particular silicon dioxide, in which case the precursor can then be a volatile silicone.
  • FIG. 1 a semiconductor laser according to a first exemplary embodiment, game s,
  • FIG. 2 a method for producing the semiconductor laser according to the first exemplary embodiment
  • FIG. 3 a semiconductor laser according to a second exemplary embodiment, game s,
  • FIG. 4 a semiconductor laser according to a third exemplary embodiment, game s,
  • FIG. 5 a method for producing the semiconductor laser according to the second and third exemplary embodiments
  • FIG. 6 a radiation exit window according to an exemplary embodiment
  • FIG. 7 a method for producing the radiation exit window according to the embodiment of FIG. 6,
  • FIG. 8 a hermetic laser housing according to an exemplary embodiment
  • Figure 9 a method for manufacturing the hermetic laser package according to the embodiment of Figure 8.
  • FIG. 1 shows a semiconductor laser 1 according to a first exemplary embodiment.
  • the semiconductor laser 1 includes a semiconductor laser diode 2 which is arranged on a carrier 4 .
  • the laser diode 2 has an active zone 20 which generates the laser radiation 5 when a suitable voltage is applied.
  • the laser radiation 5 exits the laser diode 2 via the radiation exit region 22 .
  • the laser diode 2 is an edge-emitting laser diode.
  • the radiation exit area 22 is an area of the laser facet 21.
  • a radiation guide element 3 is arranged on the laser facet 21 in the radiation exit area 22.
  • the laser diode 2 could also be a VCSEL or a PCSEL.
  • the radiation guiding element 3 comprises a material or consists of a material that can be applied to the laser diode 2 by means of the laser radiation 5 .
  • the radiation guide element 3 enables the semiconductor laser 1 to be operated in normal ambient air, ie it is a protective element.
  • the radiation guide element 3 is also formed as a refractive lens.
  • the radiation guiding element 3 is therefore a radiation decoupling element 30 which has a radiation decoupling surface via which the laser radiation 5 can be emitted to an atmosphere.
  • the radiation-guiding element 3 comprises a material that can be applied to the laser diode 2 by means of the laser radiation 5 .
  • a corresponding method is described in more detail below in connection with FIG.
  • step Si the laser diode 2 is provided.
  • the radiation guide element 3 is then applied to the laser diode 2 in step So.
  • Step So comprises the sub-steps Soa and Sob—In step Soa , the laser diode 2 is exposed to an atmosphere with a precursor that can be excited to a chemical reaction by laser radiation 5 .
  • step Sob the laser diode is operated so that the chemical reaction is excited and the precursor is converted into a substance that forms the radiation-guiding element 3 monolithically on the laser diode 2 in the radiation exit region 22 .
  • the precursor can be a silicone hydride or volatile silicone and the substance can be silicon dioxide.
  • FIG. 3 shows a semiconductor laser 1 according to a second exemplary embodiment. This is constructed essentially analogously to the first exemplary embodiment according to FIG. However, in the case of the semiconductor laser 1 according to the second exemplary embodiment, the radiation guide element 3 is not a radiation decoupling element 30 . This means that the electromagnetic radiation is not emitted directly into an atmosphere via the radiation guide element 3 . Rather, the radiation guide element 3 is connected to a radiation exit element 6 . It conducts the laser radiation 5 generated in the laser diode 2 as a light guide to the radiation exit element 6 .
  • the radiation exit element 6 is a prism 60 which deflects the laser radiation 5 (in the present example at a right angle, ie by approximately 90°). Like the semiconductor laser diode 2 , this is arranged on the carrier 4 with a solder 41 .
  • the laser radiation 5 is deflected by 90° and emerges at the upper side of the prism 60 .
  • Such an arrangement can be used in particular as a so-called top-looker laser housing, i. H . as a semiconductor laser housing, in which the laser radiation 5 exits at the top perpendicular to a base area of the housing.
  • the housing can with the base on a carrier such. B. a printed circuit board, are arranged and contacted.
  • the semiconductor laser 1 is arranged on a mounting surface which runs parallel to the base surface, and emits the laser radiation 5 parallel to the base surface (perpendicular to the surface normal of the base surface).
  • FIG. 4 shows a semiconductor laser 1 according to a third exemplary embodiment. This is constructed similarly to that of the second exemplary embodiment; in particular, the radiation guide element 3 is monolithically connected to the semiconductor laser diode 2 and the radiation decoupling element 6 and serves as a light guide between these elements.
  • the radiation decoupling element 6 is not a prism 60, but a lens 61 (in the present case a refractive lens).
  • All of the exemplary embodiments described above have in common that the laser radiation 5, when it is coupled out into an atmosphere via one of the radiation decoupling elements 30, 6, is expanded in such a way that operation of the optoelectronic device in normal ambient air (e.g. the earth's atmosphere at 300 Kelvin) is possible.
  • normal ambient air e.g. the earth's atmosphere at 300 Kelvin
  • step Si the semiconductor laser diode 2 is provided.
  • step Si a the radiation decoupling element 6 is provided.
  • step Sib the radiation decoupling element 6 is arranged relative to the laser diode 2 in such a way that the laser radiation 5 is transmitted through the radiation exit element 6 when the laser diode 2 is in operation.
  • both the laser diode 2 and the radiation exit element 6 are soldered by means of solder 40, 41 and, if necessary. a mounting element 42 arranged on a carrier 4 .
  • step So the radiation guiding element 3 is applied to the laser diode 2 in such a way that it monolithically connects the laser diode 2 to the radiation decoupling element 6 .
  • Step So comprises the partial steps So a and Sob - In step So a both the laser diode 2 and the radiation exit element 6 are exposed to the atmosphere with the precursor.
  • the distance between the radiation element 6 and the laser diode 2 was selected so small in step Sib that in step S2b of operating the laser diode 2, the radiation guide element 3 is formed in the radiation exit region 22 on the laser diode 2 and the laser diode 2 is monolithically connected to the radiation guide element 3 .
  • the method ends with step S E End .
  • FIG. 6 shows a radiation transmission element 8 designed as a radiation exit window 8a according to an exemplary embodiment.
  • the radiation exit window 8a comprises a base element 80 designed as a radiation exit window base element 80a.
  • the radiation exit window base element 80a can be a flat or disc-shaped element that is transparent to laser radiation 5, e.g. B. around a pane of glass.
  • a plurality of optical elements 31 monolithically connected to the radiation exit window base element 80a are arranged on the radiation exit window base element 80a. These are refractive lenses. These consist of a material that can be applied to the radiation exit window base element 80a by means of laser radiation 5 .
  • the radiation exit window 8a of FIG. 6 can be produced in a particularly simple manner by means of the production method illustrated in FIG.
  • the radiation exit window base element 80a is provided.
  • the optical elements are then applied thereto in step S22.
  • This application is carried out in that in step S22a the radiation exit window base element 80a is exposed to an atmosphere with a precursor 5, which can be excited to a chemical reaction by the laser radiation, and then in step S22b a laser radiation 5 is generated, so that the precursor is converted into a Stof f is converted, which forms the optical elements 31 on the radiation exit window base element 80a.
  • the method ends with step S E End .
  • preferably only one side of the radiation exit window base element 80a is exposed to the precursor, so that the optical elements 31 are only formed on one side of the radiation exit window base element 80a.
  • it can be filled with an inert gas.
  • FIG. 8 shows an optoelectronic device 10 with a hermetic laser housing 9 with the radiation exit window 8a described above.
  • Semiconductor laser diodes 2 are arranged on a carrier 4 in the hermetic laser housing 9 .
  • a prism 90 is also located in the laser housing.
  • the electromagnetic radiation 5 emitted by the semiconductor laser diode 2 is deflected by 90 degrees and emitted through the radiation exit window 8a.
  • the laser diodes 2 are arranged relative to the radiation exit window 8a in such a way that each of the laser diodes 2 is assigned to one of the optical elements 31 such that the laser radiation emitted by the laser diode 2 in an operating state exits through the assigned optical element 31 .
  • only one optical element 31 and only one semiconductor laser diode 2 can be present in the radiation exit window 8a according to FIG. 6 and the optoelectronic device 10 according to FIG.
  • the laser radiation 5 of a corresponding semiconductor laser diode 2 can also be divided into several laser beams by means of a beam splitter and/or the laser diode can have several emission points.
  • Several of the optical elements 31 through which the laser radiation 5 exits can then be assigned to a laser diode 2 .
  • a corresponding radiation exit window 8a with the optical elements 31 can in principle be provided and mounted on the laser housing 9, in which the laser diode 2 and the mounting element 4 and the prism 90 are already located. are set and aligned in such a way that the laser radiation 5 exits through the optical elements 31 .
  • the optoelectronic device 10 is preferably produced according to the method illustrated in FIG.
  • the method begins with the So Start step. Then, in step S31, the laser diodes are provided. Then, in step S32, the hermetic laser package 9 having the radiation exit window base member 80a is provided. In the subsequent step S33, the laser diodes are arranged in the laser housing 9 in such a way that, in an operating state, the laser radiation 5 of the laser diodes 2 can exit via the radiation exit window base element.
  • Step S34 the optical elements 31 are applied to the radiation exit window base element 80a.
  • Step S34 includes sub-steps S 34 a and S 34 b .
  • the radiation exit window base element 80a is exposed to an atmosphere with a precursor that can be excited by the laser radiation 5 to form a chemical reaction
  • the laser diodes 2 are finally operated so that the chemical reaction is excited and the precursor is converted into a substance that forms the optical elements 31 monolithically on the radiation exit window base element 80a.
  • all radiation guide elements 3 in particular optical elements 31 , can be produced with the described method, which can be realized with the aid of beam shaping of the triggering laser radiation 5 .
  • the interior 91 of the hermetic laser housing 9 is preferably kept free of the precursor so that no optical elements are formed there.
  • the radiation exit window base element 80a or the laser diode 2 can be exposed to the precursor with the aid of a reaction chamber.
  • the precursor can in particular be one of the precursors described at the outset and the substance can be one of the substances described at the outset.

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Abstract

Es wird ein Halbleiterlaser (1) angegeben, bei dem auf einer Laserdiode (2) ein Strahlungsführungselement (3) angeordnet ist das einen Stoff umfasst oder aus einem Stoff besteht, der mittels der Laserstrahlung (5) auf der Laserdiode (2) aufbringbar ist. Überdies wird ein Strahlungstransmissionselement (8), insbesondere Strahlungsaustrittsfenster (8a) für einen Halbleiterlaser (1), angegeben, bei dem auf einem Basiselement (80) ein oder mehrere optische Elemente (31) angeordnet sind, die einen entsprechenden Stoff umfassen. Ferner werden ein Lasergehäuse (9) mit einem solchen Strahlungsaustrittsfenster (8a) sowie entsprechende Herstellungsverfahren angegeben.

Description

Halbleiterlaser mit Strahlungs führungselement
Die Erfindung betri f ft einen Halbleiterlaser mit einem Strahlungs führungselement , insbesondere einem optischen Element oder Lichtleiter, sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren . Die Erfindung betri f ft außerdem ein Strahlungstrans- missionselement , insbesondere Strahlungsaustritts fenster für ein Lasergehäuse , mit mindestens einem optischen Element sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren .
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen Halbleiterlaser anzugeben, der ef fi zient gekapselt ist und der ef fi zient herstellbar ist . Eine weitere Aufgabe besteht darin, einen Halbleiterlaser mit einem selbst j ustierenden Strahlungs führungselement , insbesondere optischen Element oder Lichtleiter, anzugeben . Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein entsprechendes Strahlungstransmissionselement , insbesondere Strahlungsaustritts fenster für ein Lasergehäuse anzugeben . Die Aufgaben werden durch die Vorrichtungen und die Herstellungsverfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst . Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche .
Gemäß einer Aus führungs form umfasst der Halbleiterlaser eine Laserdiode , die eine aktive Zone zur Erzeugung einer Laserstrahlung sowie einen Strahlungsaustrittsbereich aufweist , via dem die Laserstrahlung aus der Laserdiode austreten kann . Der Halbleiterlaser weist zudem ein Strahlungs führungselement auf , das in dem Strahlungsaustrittsbereich auf der Laserdiode angeordnet ist und monolithisch mit der Laserdiode verbunden ist . Das Strahlungs führungselement umfasst einen Stof f oder besteht aus einem Stof f , der mittels der Laserstrahlung auf der Laserdiode aufbringbar ist . Besonders bevorzugt ist das Strahlungs führungselement in dem Strahlungsaustrittsbereich direkt ( ohne Zwischenschicht ) auf der Laserdiode angeordnet oder direkt auf einem dielektrischen Spiegel . Dementsprechend kann das Strahlungs führungselement selbstausrichtend genau auf dem Strahlaustrittsbereich aufgebracht werden, indem die Laserdiode zum Aufbringen des Strahlungsführungselements betrieben wird .
Vorzugsweise ist das Strahlungs führungselement gegenüber der Laserstrahlung stabil , auch „strahlungsstabil" genannt , d . h . es degradiert in einem Betriebs zustand nicht oder nicht wesentlich innerhalb einer üblichen Gesamtbetriebsdauer des Halbleiterlasers .
Bei der Laserdiode kann es sich grundsätzlich um j ede beliebige Halbleiterlaserdiode handeln .
Auf Grund der besonders hohen Leistungsdichten ist bei kantenemittierenden Halbleiterlaserdioden der so genannte optische Pinzettenef fekt besonders ausgeprägt . Dabei werden durch die hohen Leistungsdichten organische und anorganische Ver- schmut zungen/Verbindungen aus der Umgebungsluft angezogen und auf der Laserfacette abgelagert . Durch die hohen Energiedichten im Bereich der Laserfacette kann es an der Facette zur Zersetzung und Ablagerung bzw . Anlagerung von Partikeln und Zersetzungsprodukten kommen . Dabei kommt es zu einer Wechselwirkung mit der emittierten Strahlung, die wiederum zu einer zusätzlichen Erwärmung der Facette führt . Durch den oben beschriebenen Zusammenhang kann es zu selbstverstärkenden Effekten kommen, die letztendlich zu einer Zerstörung des Lasers führen können ( COD, catastrophic optical damage ) .
Gemäß einer Aus führungs form ist das Strahlungs führungselement als Schutzelement ausgestaltet das derartige Ef fekte reduziert . Insbesondere kann es derart ausgestaltet sein, dass es einen Betrieb des Halbleiterlasers in normaler Umgebungsluft ermöglicht . Dazu kann es eine gewisse Mindestdicke aufweisen . Es kann allerdings auch als Koppelelement den Abstand zwischen Laser und einem Strahlungsauskopplungselement überbrücken, wie später genauer erläutert wird . Dementsprechend handelt es sich bei der Laserdiode bevorzugt um eine kantenemittierende Laserdiode . Dabei handelt es sich bei dem Strahlungsaustrittsbereich um einen Bereich der Laserfacette , das heißt , das Strahlungs führungselement ist im Strahlungsaustrittsbereich auf der Laserfacette , vorzugsweise direkt auf der Laserfacette , angeordnet und monolithisch mit der Laserfacette verbunden .
Wie erwähnt , kann es sich allerdings grundsätzlich um j ede beliebige Halbleiterlaserdiode handeln, insbesondere um einen so genannten Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL ) oder auch um einen Photonic Crystal Surface Emitting Laser ( PCSEL ) . Bei einen VCSEL kann das Strahlungs führungselement - vorzugsweise direkt - auf einem Distributed Bragg Reflektor aufgebracht sein, via dem im Betrieb die Laserstrahlung austritt , oder - vorzugsweise direkt - auf einem Substrat , via dem im Betrieb die Laserstrahlung austritt . Bei einem PCSEL kann des Strahlungs führungselement - vorzugsweise direkt - auf einem photonischen Kristall des PCSEL aufgebracht sein .
Bei dem Stof f kann es sich insbesondere um einen anorganischen Stof f handeln . Der Stof f kann Sili zium, Aluminium, Tantal , Titan oder Hafnium umfassen oder daraus bestehen .
Beispielsweise kann der Stof f ein Dielektrikum sein, wie : Sili ziumdioxid Si 02, Aluminiumoxid AI2O3, Tantaloxid TaO, Tantaldioxid Ta02 , Ditantalpentaoxid Ta205 f Titandioxid TiO2, Hafniumdioxid HfO2. Experimentell besonders gute Ergebnisse wurden mit Sili ziumdioxid SiO2 erzielt .
Das Strahlungs führungselement kann als Strahlungsauskopplungselement ausgestaltet sein . Das bedeutet , dass das Strahlungs führungselement eine nicht mit einem weiteren optischen Element verbundene Strahlungsauskopplungs fläche aufweist , via der die Strahlung an eine Atmosphäre abgegeben werden kann .
Das Strahlungsauskopplungselement kann zur Formung der Laserstrahlung ausgestaltet sein ( im Folgenden „optisches Element" genannt ) , insbesondere kann es als refraktive Linse ausgestaltet sein .
Die Linse kann derart ausgestaltet sein, dass die Laserstrahlung durch die Linsenwirkung aufgeweitet wird, um einen Betrieb des Halbleiterlasers in normaler Umgebungsluft zu ermöglichen . Alternativ kann das Strahlungsauskopplungselement eine selbst j ustierende Fokussierung des Laserstrahles ermöglichen, um eine Optimierung des Strahlprofiles zu realisieren .
Alternativ kann zusätzlich zu dem Strahlungs führungselement ein Strahlungsauskopplungselement vorhanden sein, das monolithisch mit dem Strahlungs führungselement verbunden ist . Das Strahlungs führungselement kann dann ein Koppelelement ( insbesondere Lichtleiter ) darstellen, mit dem die Laserstrahlung von der Laserdiode zu dem Strahlungsauskopplungselement geleitet wird . Auch bei dieser Aus führungs form kann das Strahlauskopplungselement zur Formung der Laserstrahlung eingerichtet sein . Es kann sich bei dem Strahlauskopplungselement um eine beliebige Linse , insbesondere um eine refraktive Linse , handeln oder auch um ein Prisma, das eine Ausbreitungsrichtung der Laserstrahlung ändert .
Dabei kann das Strahlungsauskopplungselement dem Stahlungs- führungselement entlang eines Strahlpfades einer mit dem Halbleiterlaser erzeugbaren Laserstrahlung nachgeordnet sein . Das bedeutet , dass eine bei aktiver Laserdiode erzeugte Laserstrahlung zuerst durch das Stahlungs führungselement und dann durch das Strahlungsauskopplungselement transmittiert wird .
Der Halbleiterlaser kann ferner einen Träger umfassen, an oder auf dem der Halbleiterlaser und ggfs . das Strahlungsauskopplungselement angeordnet sind . Insbesondere können der Laser und ggfs . das Strahlungsauskopplungselement darauf angebracht sein . Gemäß einer Aus führungs form weist der Halbleiterlaser mehrere Laserdioden auf . Ebenfalls kann eine einzelne Laserdiode mehrere Emissionspunkte haben . Beispielsweise kann der Halbleiterlaser ein VCSEL-Array umfassen oder einen Kantenemitter mit mehreren Laserstegen ( Laserbarren) .
Bei Vorhandensein mehrerer Laserdioden und/oder von Laserdioden mit mehreren Emissionspunkten sind vorzugsweise auch mehrere der eingangs beschriebenen Strahlungs führungselemente vorhanden, vorzugsweise hat der Halbleiterlaser genauso viele Strahlungs führungselemente wie Emissionspunkte .
Die Laserdiode kann eingerichtet sein, Licht im sichtbaren Spektralbereich zu emittieren, insbesondere im blauen Spektralbereich . Bevorzugt wird der beschriebene Halbleiterlaser in einem Head Up Display eines Kraftfahrzeugs oder als Strahlquelle in einem Laserbeamer eingesetzt .
Bei einem Verfahren zum Herstellen des zuvor beschriebenen Halbleiterlasers wird im Schritt Si eine Laserdiode , die eine aktive Zone zur Erzeugung einer Laserstrahlung sowie einen Strahlungsaustrittsbereich aufweist , bereitgestellt und dann im Schritt S2 ein Strahlungs führungselement auf die Laserdiode in dem Strahlungsaustrittsbereich aufgebracht . Der Schritt S2 umfasst den Teilschritt des Aussetzens ( S2a ) der Laserdiode einer Atmosphäre mit einem Präkursor, z . B . ein Metallorganyl und ggfs . einem Sickstof f- und/oder Sauerstof f lief erant , der durch die Laserstrahlung zu einer chemischen Reaktion angeregt werden kann . Der Schritt S2 umfasst zudem den Teilschritt des Betreibens S2b der Laserdiode , so dass die chemische Reaktion angeregt wird und der Präkursor in einen Stof f umgewandelt wird, der das Strahlungs führungselement in dem Strahlungsaustrittsbereich monolithisch auf der Laserdiode ausbildet . Die optionale Zugabe von Sauerstof f unterbindet die Ablagerung von Kohlenstof f auf der Facette .
Bei der Laserdiode kann es sich wie eingangs erörtert um eine kantenemittierende Laserdiode handeln . Dann ist der Strah- lungsaustrittsbereich eine Laserfacette und das Strahlungsführungselement wird auf der Laserfacette angeordnet , vorzugsweise direkt . Überdies kann es sich bei der Laserdiode um einen VCSEL oder auch um einen PCSEL handeln . Das Strahlungsführungselement ist vorzugsweise strahlungsstabil und bevorzugt ein Schutzelement und ermöglicht vorzugsweise einen Betrieb des Halbleiterlasers in normaler Umgebungsluft .
Bei dem Präkursor kann es sich insbesondere um einen anorganischen Präkursor handeln . Entsprechend kann es sich bei dem Stof f um einen anorganischen Stof f handeln . Der Präkursor kann Sili zium, Aluminium, Tantal , Hafnium oder Titan umfassen oder daraus bestehen . Entsprechend kann der Stof f Sili zium, Aluminium, Tantal , Hafnium oder Titan umfassen oder daraus bestehen .
Experimentell besonders gute Ergebnisse wurden mit SiO2 erzielt . Dabei wird eine flüchtiges Silikon ( SixHyCz ) , z . B .
Silan ( SixH2x) , als Präkursor verwendet . Dieses reagiert mit Sauerstof f O2 aus der Atmosphäre zu Sili ziumdioxid SiO2
SixHyCz + O2 _> SiO2 + H20 ( + stabiles Six-oHy-mCz-n)
Hier kann das Si durch ein weiteres Metall mit geeignetem Brechungsindex des gebildeten Oxides ersetzt werden .
Das Strahlungs führungselement kann wie eingangs erwähnt als Strahlungsauskopplungselement ausgestaltet werden, dabei kann es zur Formung der Laserstrahlung geeignet sein . Alternativ kann wie eingangs erwähnt zusätzlich zu dem Strahlungs führungselement ein Strahlungsauskopplungselement vorhanden sein, das monolithisch mit dem Strahlungs führungselement verbunden ist .
Ein entsprechendes Herstellungsverfahren umfasst zusätzlich den Schritt S2a des Bereitstellens des Strahlungsauskopplungselements und den Schritt S2b des Anordnens des Strahlungsauskopplungselements relativ zu der Laserdiode derart , dass im Betrieb der Laserdiode die Laserstrahlung durch das Strahlungsauskopplungselement hindurch transmittiert wird . Dementsprechend werden anschließend im Schritt S2a sowohl die Laserdiode als auch das Strahlungsauskopplungselement der Atmosphäre mit dem Präkursor ausgesetzt und im Schritt S2b wird beim Betreiben der Laserdiode das Strahlungs führungselement in dem Strahlungsaustrittsbereich auf der Laserdiode so ausgebildet , dass es die Laserdiode monolithisch mit dem Strahlungs führungselement verbindet .
Wie eingangs erwähnt , kann der Halbleiterlaser ferner einen Träger umfassen, an oder auf dem der Halbleiterlaser und ggfs . das Strahlungsauskopplungselement angeordnet sind . Wie eingangs erwähnt , kann der Halbleiterlaser mehrere Laserdioden aufweisen, und es können dann mehrere der Strahlungs führungselemente erzeugt werden . Die Laserdiode kann eingerichtet sein, Licht im sichtbaren Spektralbereich zu emittieren, insbesondere im blauen Spektralbereich . Bevorzugt wird der beschriebene Halbleiterlaser in einem Head Up Display eines Kraftfahrzeugs als Strahlquelle in einem Laserbeamer eingesetzt .
Gemäß einer Aus führungs form umfasst ein Strahlungstransmissi- onselement , insbesondere Strahlungsaustritts fenster für ein Lasergehäuse , ein Basiselement , insbesondere ein Strahlungsaustritts fensterbasiselement , und ein oder mehrere auf dem Basiselement angeordnete und monolithisch mit dem Basiselement verbundene optische Elemente . Die optischen Elemente wiederum umfassen einen Stof f , der mittels einer Laserstrahlung auf dem Basiselement aufbringbar ist , oder bestehen daraus .
Das Basiselement kann insbesondere ein Strahlungsaustrittsfensterbasiselement sein, bevorzugt kann es sich dabei um eine planare oder überwiegend planare für die Laserstrahlung transparente Scheibe handeln .
Analog zu dem eingangs beschriebenen Halbleiterlaser mit
Strahlungs führungselement kann das oder können die optischen Elemente selbstausrichtend auf dem Basiselement erzeugt werden, indem eine Laserdiode zum Aufbringen des oder der optischen Elemente betrieben wird .
Das optische Element ist zur Formung der Laserstrahlung ausgestaltet . Es kann sich dabei um eine refraktive Linse handeln . Die Linse kann derart ausgestaltet sein, dass die Laserstrahlung durch die Linsenwirkung aufgeweitet wird . Bei dem Stof f kann es sich um die eingangs erwähnten Stof fe handeln, insbesondere um Sili ziumdioxid .
Gemäß einer Aus führungs form umfasst eine optoelektronische Vorrichtung eine oder mehrere Halbleiterlaserdioden, die j eweils eine aktive Zone zur Erzeugung einer Laserstrahlung aufweisen und ein hermetisches Lasergehäuse , in dem die Halbleiterlaserdioden angeordnet sind . Das zuvor beschriebene Strahlungsaustritts fenster ist Bestandteil des hermetischen Lasergehäuses . Die Laserdioden sind derart relativ zu dem Strahlungsaustritts fenster angeordnet , dass j eder Laserdiode eines der optischen Elemente zugeordnet ist , durch das in einem Betriebs zustand die Laserstrahlung der j eweiligen Laserdiode austreten kann .
Bei den Laserdioden kann es sich um Laserdioden von einem der eingangs erwähnten Typen handeln, z . B . um kantenemittierende Laserdioden oder um ein VCSEL Array, und eine Anwendung in einem Head Up Display oder als Strahlquelle in einem Laserbe- amer ist bevorzugt .
Bei einem Verfahren zum Herstellen eines entsprechenden Strahlungstransmissionselements , insbesondere Strahlungsaustritts fensters , wird zunächst im Schritt S21 das Strahlungstransmissionselement bereitgestellt . Anschließend wird das oder werden die optischen Elemente auf das Strahlungstrans- missionselement im Schritt S22 aufgebracht . Dabei wird zunächst das Strahlungstransmissionselement einer Atmosphäre mit einem Präkursor, der durch eine Laserstrahlung zu einer chemischen Reaktion angeregt werden kann, ausgesetzt ( Schritt S22a ) • Dann wird eine Laserstrahlung erzeugt , so dass durch die Laserstrahlung die chemische Reaktion angeregt wird und der Präkursor in einen Stof f umgewandelt wird, der die optischen Elemente monolithisch auf dem Strahlungstransmissions- element ausbildet ( Schritt S22b) •
Bei einem Verfahren zum Herstellen der optoelektronischen Vorrichtung wird zunächst mindestens eine Halbleiterlaserdiode bereitgestellt ( Schritt S31 ) mit einer aktiven Zone zur Erzeugung einer Laserstrahlung . Zudem wird ein hermetisches Lasergehäuse mit einem Strahlungsaustritts fensterbasiselement bereitgestellt ( Schritt S32 ) . Dann wird die Laserdiode in dem Lasergehäuse derart angeordnet ( Schritt S33 ) , dass in einem Betriebs zustand die Laserstrahlung der Laserdioden via dem Strahlungsaustritts fensterbasiselement austreten kann . Das Aufbringen des oder der optischen Elemente im Schritt S34 auf das Strahlungsaustritts fensterbasiselement erfolgt , indem im Schritt S34a das Strahlungsaustritts fensterbasiselement einer Atmosphäre mit einem Präkursor, der durch die Laserstrahlung zu einer chemischen Reaktion angeregt werden kann, ausgesetzt wird und dann im Schritt 8345 die Laserdiode betrieben wird, so dass die chemische Reaktion angeregt wird und der Präkursor in einen Stof f umgewandelt wird, der das mindestens eine optische Element monolithisch auf dem Strahlungsaustrittsfensterbasiselement ausbildet .
Vorzugsweise wird im Schritt Ss4a ein Innenraum des Lasergehäuses frei von dem Präkursor gehalten .
Bei der mindestens einen Laserdiode kann es sich insbesondere um eine Laserdiode von einem der zuvor beschriebenen Typen handeln . Bei dem Stof f kann es sich um einen Stof f der zuvor beschriebenen Stof fe handeln, insbesondere um Sili ziumdioxid, wobei der Präkursor dann ein flüchtiges Silikon sein kann .
Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit den beiliegenden Figuren näher erläutert , die schematisch zeigen : Figur 1: einen Halbleiterlaser gemäß eines ersten Ausfüh- rungsbei spiel s ,
Figur 2: ein Verfahren zum Herstellen des Halbleiterlasers gemäß des ersten Ausführungsbeispiels,
Figur 3: einen Halbleiterlaser gemäß eines zweiten Ausfüh- rungsbei spiel s ,
Figur 4: einen Halbleiterlaser gemäß eines dritten Ausfüh- rungsbei spiel s ,
Figur 5: ein Verfahren zum Herstellen des Halbleiterlasers gemäß den zweiten und dritten Ausführungsbeispielen,
Figur 6: ein Strahlungsaustrittsfenster gemäß eines Ausfüh- rungsbei spiel s ,
Figur 7 : ein Verfahren zum Herstellen des Strahlungsaustrittsfensters gemäß des Ausführungsbeispiels von Figur 6,
Figur 8: ein hermetisches Lasergehäuse gemäß eines Ausfüh- rungsbei spiel s ,
Figur 9: ein Verfahren zum Herstellen des hermetischen Lasergehäuses gemäß des Ausführungsbeispiels von Figur 8.
Figur 1 zeigt einen Halbleiterlaser 1 gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels. Der Halbleiterlaser 1 umfasst eine Halbleiterlaserdiode 2, die auf einem Träger 4 angeordnet ist. Zwischen dem Träger 4 und der Halbleiterlaserdiode 2 befindet sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Montageelement (engl. : submount) 42, das mittels eines Lotes 40 und 41 (vorliegend einer Lotschicht) mit der Laserdiode 2 und dem Träger 4 verbunden ist. Die Laserdiode 2 besitzt eine aktive Zone 20, die bei Anlegen einer geeigneten Spannung die Laserstrahlung 5 erzeugt. Die Laserstrahlung 5 tritt via des Strahlungsaustrittsbereichs 22 aus der Laserdiode 2 aus. Vorliegend handelt es sich bei der Laserdiode 2 um eine kantenemittierende Laserdiode. Dementsprechend ist der Strahlungsaustrittsbereich 22 ein Bereich der Laserfacette 21. Auf der Laserfacette 21 ist in dem Strahlungsaustrittsbereich 22 ein Strahlungsführungselement 3 angeordnet. Alternativ könnte es sich bei der Laserdiode 2 auch um einem VCSEL oder um einen PCSEL handeln. Das Strahlungs führungselement 3 umfasst einen Stof f oder besteht aus einem Stof f , der mittels der Laserstrahlung 5 auf der Laserdiode 2 aufbringbar ist . Das Strahlungs führungselement 3 ermöglicht einem Betrieb des Halbleiterlasers 1 in normaler Umgebungsluft , es handelt sich dabei also um ein Schutzelement .
Vorliegend ist das Strahlungs führungselement 3 zudem als re- fraktive Linse geformt . Das Strahlungs führungselement 3 ist also ein Strahlungsauskopplungselement 30 , das eine Strahlungsauskopplungs fläche hat , via der die Laserstrahlung 5 an eine Atmosphäre abgegeben werden kann .
Wie zuvor erwähnt , umfasst das Strahlungs führungselement 3 einen Stof f , der mittels der Laserstrahlung 5 auf der Laserdiode 2 aufbringbar ist . Ein entsprechendes Verfahren wird nachfolgend im Zusammenhang mit der Figur 2 genauer beschrieben .
Das Verfahren beginnt mit dem Schritt So Start . In dem Schritt Si wird die Laserdiode 2 bereitgestellt . Anschließend wird in dem Schritt So das Strahlungs führungselement 3 auf der Laserdiode 2 aufgebracht . Der Schritt So umfasst die Teilschritte Soa und Sob - In dem Schritt Soa wird die Laserdiode 2 einer Atmosphäre mit einem Präkursor, der durch eine Laserstrahlung 5 zu einer chemischen Reaktion angeregt werden kann, ausgesetzt . In dem Schritt Sob wird die Laserdiode betrieben, so dass die chemische Reaktion angeregt wird und der Präkursor in einen Stof f umgewandelt wird, der das Strahlungs führungselement 3 in dem Strahlungsaustrittsbereich 22 monolithisch auf der Laserdiode 2 ausbildet . Bei dem Präkursor kann es sich insbesondere um ein Silikonhydrid oder flüchtiges Silikon handeln und bei dem Stof f kann es sich um Sili ziumdioxid handeln . Das Verfahren endet mit dem Schritt SE Ende . Eventuell vorhandene Kohlenwasserstof fe werden mittels Reaktion mit Sauerstof f zu COo oxidiert und stehen im Prozess nicht weiter als Reaktant zur Verfügung . Figur 3 zeigt einen Halbleiterlaser 1 gemäß eines zweiten Aus führungsbeispiels . Dieses ist im Wesentlichen analog zu dem ersten Aus führungsbeispiel gemäß Figur 1 aufgebaut . Allerdings ist bei dem Halbleiterlaser 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel das Strahlungs führungselement 3 kein Strahlungsauskopplungselement 30 . Das bedeutet , die elektromagnetische Strahlung wird nicht direkt via dem Strahlungs führungselement 3 in eine Atmosphäre abgegeben . Vielmehr ist das Strahlungs führungselement 3 mit einem Strahlungsaustrittselement 6 verbunden . Es leitet die Laserstrahlung 5 die in der Laserdiode 2 erzeugt wird als Lichtleiter weiter zu dem Strahlungsaustrittselement 6 . Bei dem Strahlungsaustrittselement 6 handelt es sich vorliegend um ein Prisma 60 , das sie Laserstrahlung 5 umlenkt ( im vorliegenden Beispiel im rechten Winkel , d . h . um ca . 90 ° ) . Dieses ist ebenso wie die Halbleiterlaserdiode 2 mit einem Lot 41 auf dem Träger 4 angeordnet .
Die Laserstrahlung 5 tritt um 90 ° umgelenkt an der Oberseite des Prismas 60 aus . Eine derartige Anordnung kann insbesondere als so genanntes Toplooker-Lasergehäuse verwendet werden, d . h . als ein Halbleiterlasergehäuse , bei dem die Laserstrahlung 5 an der Oberseite senkrecht zu einer Grundfläche des Gehäuses austritt . Das Gehäuse kann mit der Grundfläche auf einem Träger, z . B . einer gedruckten Leiterbahnplatte , angeordnet und kontaktiert werden . Der Halbleiterlaser 1 ist dabei auf einer Montagefläche angeordnet , die parallel zu der Grundfläche verläuft , und emittiert die Laserstrahlung 5 parallel zu der Grundfläche ( senkrecht zur Flächennormalen der Grundfläche ) .
Bei dem vorliegenden Aus führungsbeispiel ist der Zwischenraum zwischen dem Prisma 60 und der Halbleiterlaserdiode 2 bzw . dem Montageelement 42 zudem mit einem Füllmaterial 7 gefüllt , um den Zwischenraum vor Verunreinigungen zu schützen, zu versiegeln und mechanisch zu stabilisieren . In Figur 4 ist ein Halbleiterlaser 1 gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels dargestellt . Dieser ist ähnlich zu dem des zweiten Aus führungsbeispiels aufgebaut , insbesondere ist das Strahlungs führungselement 3 monolithisch mit der Halbleiterlaserdiode 2 und dem Strahlungsauskopplungselement 6 verbunden und dient als Lichtleiter zwischen diesen Elementen . Allerdings handelt es sich bei dem Strahlungsauskopplungselement 6 nicht um ein Prisma 60 , sondern um eine Linse 61 (vorliegend eine refraktive Linse ) .
Alle zuvor beschriebenen Aus führungsbeispiele haben gemein, dass die Laserstrahlung 5 , wenn sie via einem der Strahlungsauskopplungselemente 30 , 6 in eine Atmospähre ausgekoppelt wird, derart aufgeweitet ist , dass ein Betrieb der optoelektronischen Vorrichtung in normaler Umgebungsluft ( z . B . Erdat- mospähre bei 300 Kelvin) möglich ist .
Ein Verfahren zur Herstellung der Halbleiterlaser 1 gemäß den zweiten und dritten Aus führungsbeispielen ist in Figur 5 dargestellt . Das Verfahren beginnt mit dem Schritt So Start . Zunächst wird in dem Schritt Si die Halbleiterlaserdiode 2 be- reitgestellt . Dann wird in dem Schritt Sia das Strahlungsauskopplungselement 6 bereitgestellt . Anschließend wird in dem Schritt Sib das Strahlungsauskopplungselement 6 derart relativ zu der Laserdiode 2 angeordnet , dass im Betrieb der Laserdiode 2 die Laserstrahlung 5 durch das Strahlungsaustrittselement 6 hindurch transmittiert wird . Vorliegend werden sowohl die Laserdiode 2 als auch das Strahlungsaustrittselement 6 mittels Lot 40 , 41 und ggfs . einem Montageelement 42 auf einem Träger 4 angeordnet .
Nachfolgend wird in dem Schritt So das Strahlungs führungselement 3 auf die Laserdiode 2 derart aufgebracht , dass es die Laserdiode 2 mit dem Strahlungsauskopplungselement 6 monolithisch verbindet . Der Schritt So umfasst die Teilschritte Soa und Sob - In dem Schritt Soa werden sowohl die Laserdiode 2 als auch das Strahlungsaustrittselement 6 der Atmosphäre mit dem Präkursor ausgesetzt . Der Abstand zwischen dem Strahlungsaus- trittselement 6 und der Laserdiode 2 wurde in dem Schritt Sib derart gering gewählt , dass bei dem Schritt S2b des Betreibens der Laserdiode 2 das Strahlungs führungselement 3 in dem Strahlungsaustrittsbereich 22 auf der Laserdiode 2 ausgebildet wird und die Laserdiode 2 monolithisch mit dem Strahlungs führungselement 3 verbindet . Das Verfahren endet mit dem Schritt SE Ende .
Figur 6 zeigt ein als Strahlungsaustritts fenster 8a ausgebildetes Strahlungstransmissionselement 8 gemäß eines Aus führungsbeispiels . Das Strahlungsaustritts fenster 8a umfasst ein als Strahlungsaustritts fensterbasiselement 80a ausgebildetes Basiselement 80 . Bei dem Strahlungsaustritts fensterbasiselement 80a kann es sich um ein flaches oder scheibenförmiges für eine Laserstrahlung 5 transparentes Element handeln, z . B . um eine Glasscheibe . Auf dem Strahlungsaustritts fensterbasiselement 80a sind mehrere mit dem Strahlungsaustritts fensterbasiselement 80a monolithisch verbundene optische Elemente 31 angeordnet . Dabei handelt es sich um refraktive Linsen . Diese bestehen aus einem Stof f , der mittels einer Laserstrahlung 5 auf dem Strahlungsaustritts fensterbasiselement 80a aufbringbar ist .
Dadurch kann das Strahlungsaustritts fenster 8a von Figur 6 besonders einfach mittels des in Figur 7 dargestellten Herstellungsverfahren erzeugt werden . Dabei wird zunächst im Schritt S21 das Strahlungsaustritts fensterbasiselement 80a bereitgestellt . Anschließend werden im Schritt S22 die optischen Elemente darauf aufgebracht . Dieses Aufbringen erfolgt , indem im Schritt S22a das Strahlungsaustritts fensterbasiselement 80a einer Atmosphäre mit einem Präkursor 5 , der durch die Laserstrahlung zu einer chemischen Reaktion angeregt werden kann, ausgesetzt wird und dann im Schritt S22b eine Laserstrahlung 5 erzeugt wird, so dass der Präkursor in einen Stof f umgewandelt wird, der die optischen Elemente 31 auf dem Strahlungsaustritts fensterbasiselement 80a ausbildet . Das Verfahren endet mit dem Schritt SE Ende . Dabei wird vorzugsweise nur eine Seite des Strahlungsaustritts fensterbasiselements 80a dem Präkursor ausgesetzt , damit die optischen Elemente 31 nur auf einer Seite des Strahlungsaustritts fensterbasiselements 80a ausgebildet werden . Beispielsweise kann es mit einem Schutzgas befüllt werden .
In Figur 8 ist eine optoelektronische Vorrichtung 10 mit einem hermetischen Lasergehäuse 9 mit dem zuvor beschriebenen Strahlungsaustritts fenster 8a dargestellt . In dem hermetischen Lasergehäuse 9 sind Halbleiterlaserdioden 2 auf einem Träger 4 angeordnet . Zudem befindet sich in dem Lasergehäuse ein Prisma 90 . Dadurch wird die von der Halbleiterlaserdiode 2 emittierte elektromagnetische Strahlung 5 um 90 Grad umgelenkt und durch das Strahlungsaustritts fenster 8a abgegeben . Die Laserdioden 2 sind derart relativ zu dem Strahlungsaustritts fenster 8a angeordnet , dass j eder der Laserdioden 2 eines der optischen Elemente 31 derart zugeordnet ist , dass die in einem Betriebs zustand von der Laserdiode 2 emittierte Laserstrahlung durch das zugeordnete optische Element 31 austritt .
Gemäß einem alternativen Aus führungsbeispiel können bei dem Strahlungsaustritts fenster 8a gemäß Figur 6 und der optoelektronischen Vorrichtung 10 gemäß Figur 8 auch nur ein optisches Element 31 und nur eine Halbleiterlaserdiode 2 vorhanden sein . Ebenfalls kann die Laserstrahlung 5 einer entsprechenden Halbleiterlaserdiode 2 auch mittels eines Stahlteilers in mehrere Laserstrahlen geteilt werden und/oder die Laserdiode kann mehrere Emissionspunkte aufweisen . Dann können einer Laserdiode 2 mehrere der optischen Elemente 31 zugeordnet sein, durch die die Laserstrahlung 5 austritt .
Zum Herstellen der optoelektronischen Vorrichtung 10 , kann grundsätzlich ein entsprechendes Strahlungsaustritts fenster 8a mit den optischen Elementen 31 bereitgestellt werden und auf das Lasergehäuse 9 , in dem sich bereits die Laserdiode 2 und das Montageelement 4 und das Prisma 90 befinden, aufge- setzt werden und derart ausgerichtet werden, dass die Laserstrahlung 5 durch die optischen Elemente 31 austritt .
Vorzugsweise wird die optoelektronische Vorrichtung 10 allerdings gemäß dem in Figur 9 dargestellten Verfahren hergestellt . Das Verfahren beginnt mit dem Schritt So Start . Dann werden in dem Schritt S31 die Laserdioden bereitgestellt . Dann wird im Schritt S32 das hermetische Lasergehäuse 9 mit dem Strahlungsaustritts fensterbasiselement 80a bereitgestellt . In dem nachfolgenden Schritt S33 werden die Laserdioden in dem Lasergehäuse 9 derart angeordnet , dass in einem Betriebs zustand die Laserstrahlung 5 der Laserdioden 2 via dem Strahlungsaustritts fensterbasiselement austreten kann .
In dem nachfolgenden Verfahrensschritt S34 werden die optischen Elemente 31 auf dem Strahlungsaustritts fensterbasiselement 80a aufgebracht . Der Schritt S34 umfasst die Teilschritte S34 a und S34b . In dem Teilschritt S34 a wird das Strahlungsaustritts fensterbasiselement 80a einer Atmosphäre mit einem Präkursor, der durch die Laserstrahlung 5 zu einer chemischen Reaktion angeregt werden kann, ausgesetzt und in dem Teilschritt Ss4b werden schließlich die Laserdioden 2 betrieben, so dass die chemische Reaktion angeregt wird und der Präkursor in einen Stof f umgewandelt wird, der die optischen Elemente 31 monolithisch auf dem Strahlungsaustritts fensterbasiselement 80a ausbildet . Das Verfahren endet mit dem Schritt SE Ende .
Das Verfahren wurde im Zusammenhang mit mehreren Laserdioden 2 beschrieben, es kann allerdings auch eine einzelne Laserdiode 2 verwendet werden, wobei dann - abhängig von der Anzahl der Emissionspunkte - möglicherweise nur ein optisches Element 31 erzeugt wird .
Prinzipiell können mit den beschriebenen Verfahren alle Strahlungs führungselemente 3 , insbesondere optischen Elemente 31 , erzeugt werden, die sich mit Hil fe der Strahl formung der auslösenden Laserstrahlung 5 realisieren lassen . Vorzugsweise wird der Innenraum 91 des hermetischen Lasergehäuses 9 frei von dem Präkursor gehalten, damit dort keine optischen Elemente ausgebildet werden .
Bei allen beschriebenen Verfahren kann das Strahlungsaustritts fensterbasiselement 80a bzw . die Laserdiode 2 dem Präkursor mit Hil fe einer Reaktionskammer ausgesetzt werden . Bei dem Präkursor kann es sich bei allen Aus führungsbeispielen insbesondere um einen der eingangs beschriebenen Präkursoren handeln und bei dem Stof f um einen der eingangs beschriebenen Stof fe .
Die vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität der DE 10 2022 201 340 . 9 in Anspruch . Das Prioritätsdokument ist durch Verweis vollumfänglich in die vorliegende Of fenbarung einbezogen .
Bezugs zeichenliste :
1 Halbleiterlaser
10 optoelektronische Vorrichtung
2 Halbleiterlaserdiode
20 aktive Zone
21 Laserfacette
22 Strahlungsaustrittsbereich
3 Strahlungs führungselement
30 Strahlungsauskopplungselement
31 optisches Element
4 Träger
40 Lot
41 Lot
42 Montageelement
5 Laserstrahlung
6 Strahlungsauskopplungselement
60 Prisma
61 Linse
8 Strahlungstransmissionselement
8a Strahlungsaustritts fenster
80 Basiselement
80a Strahlungsaustritts fensterbasiselement
9 hermetisches Lasergehäuse
90 Prisma
91 Innenraum

Claims

Patentansprüche
1. Halbleiterlaser (1) , umfassend: eine Halbleiterlaserdiode (2) , die eine aktive Zone (20) zur Erzeugung einer Laserstrahlung (5) sowie einen Strahlungsaustrittsbereich (22) , via dem die Laserstrahlung aus der Laserdiode (2) austreten kann, aufweist, und ein Strahlungsführungselement (3) , das in dem Strahlungsaustrittsbereich (22) auf der Laserdiode (2) angeordnet ist und monolithisch mit der Laserdiode (2) verbunden ist, wobei das Strahlungsführungselement (3) einen Stoff umfasst oder aus einem Stoff besteht, der mittels der Laserstrahlung (5) auf der Laserdiode (2) aufbringbar ist, ferner umfassend ein Strahlungsauskopplungselement (6) , wobei das Strahlungsauskopplungselement (6) monolithisch mit dem Strahlungsführungselement (3) verbunden ist.
2. Halbleiterlaser (1) nach Anspruch 1, wobei es sich bei der Laserdiode (2) um eine kantenemittierende Laserdiode handelt und der Strahlungsaustrittsbereich (22) ein Bereich der Laserfacette (21) ist, wobei das Strahlungsführungselement (3) im Strahlungsaustrittsbereich (22) direkt auf der Laserfacette (21) angeordnet und monolithisch mit der Laserfacette (21) verbunden ist.
3. Halbleiterlaser nach Anspruch 1 oder 2 wobei das Strahlungsführungselement (3) derart ausgestaltet ist, dass es einen Betrieb des Halbleiterlasers (1) in normaler Umgebungsluft ermöglicht.
4. Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Strahlungsauskopplungselement (6) dem Stahlungsfüh- rungselement (3) entlang eines Strahlpfades einer mit dem Halbleiterlaser erzeugbaren Laserstrahlung (5) nachgeordnet ist .
5. Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stoff Silizium, Aluminium, Tantal, Hafnium oder Titan umfasst.
6. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers (1) , umfassend die Schritte:
Bereitstellen (Si) einer Halbleiterlaserdiode (2) , die eine aktive Zone (20) zur Erzeugung einer Laserstrahlung (5) sowie einen Strahlungsaustrittsbereich (22) , via dem die Laserstrahlung aus der Laserdiode (2) austreten kann, aufweist, Bereitstellen (Sia) eines Strahlungsauskopplungselements (6) ,
Anordnen (Sib) des Strahlungsauskopplungselements (6) relativ zu der Laserdiode (2) derart, dass im Betrieb der Laserdiode (2) die Laserstrahlung (5) durch das Strahlungsauskopplungselement (6) hindurch transmittiert wird,
Aufbringen (S2) eines Strahlungsführungselements (3) auf die Laserdiode (2) in dem Strahlungsaustrittsbereich (22) , wobei der Schritt des Aufbringens umfasst:
Aussetzen (S2a) sowohl der Laserdiode (2) als auch des Strahlungsauskopplungselements (6) einer Atmosphäre mit einem Präkursor, der durch die Laserstrahlung (5) zu einer chemischen Reaktion angeregt werden kann,
Betreiben (S2b) der Laserdiode (2) , so dass die chemische Reaktion angeregt wird und der Präkursor in einen Stoff umgewandelt wird, der das Strahlungsführungselement (3) in dem Strahlungsaustrittsbereich (22) monolithisch derart auf der Laserdiode (2) ausbildet, dass es die Laserdiode (2) monolithisch mit dem Strahlungsauskopplungselement (6) verbindet .
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Präkursor und der Stoff Silizium, Aluminium, Tantal, Hafnium oder Titan umfassen .
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei ein Halbleiterlaser (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 erzeugt wird.
9. Optoelektronische Vorrichtung (10) umfassend: eine oder mehrere Halbleiterlaserdioden (2) , die jeweils eine aktive Zone (20) zur Erzeugung einer Laserstrahlung aufweisen, ein hermetisches Lasergehäuse (9) , in dem die Halbleiterlaserdioden (2) angeordnet sind, mit einem Strahlungsaustrittsfenster (8a) , das Strahlungsaustrittsfenster umfassend: ein Strahlungsaustrittsfensterbasiselement (80a) , und ein oder mehrere auf dem Strahlungsaustrittsfensterbasiselement (80a) angeordnete und monolithisch mit dem Strahlungsaustrittsfensterbasiselement (80a) verbundene optische Elemente ( 31 ) , wobei die optischen Elemente (31) einen Stoff umfassen oder aus einem Stoff bestehen, der mittels einer Laserstrahlung auf dem Strahlungsaustrittsfensterbasiselement (80a) aufbringbar ist, wobei die Laserdioden (2) derart relativ zu dem Strahlungstransmissionselement (8) angeordnet sind, dass jeder Laserdiode (2) eines oder mehrere der optischen Elemente (31) zugeordnet sind, durch das oder die in einem Betriebszustand die Laserstrahlung der jeweiligen Laserdiode (2) austreten kann.
10. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Stoff Silizium, Aluminium, Tantal, Hafnium oder Titan umfasst.
11. Verfahren zum Herstellen einer optoelektronischen Vorrichtung (10) , umfassend die Schritte:
Bereitstellen (S31) einer oder mehrerer Halbleiterlaserdioden (2) , die eine aktive Zone (20) zur Erzeugung einer Laserstrahlung aufweisen, Bereitstellen (S32) eines hermetischen Lasergehäuses (9) mit einem Strahlungsaustrittsfensterbasiselement (80a) , Anordnen (S33) der Laserdioden (2) in dem Lasergehäuse (9) derart, dass in einem Betriebszustand die Laser- Strahlung (5) der Laserdioden (2) via dem Strahlungsaustrittsfensterbasiselement (80a) austreten kann,
Aufbringen (S34) eines oder mehrerer optischer Elemente (31) auf das Strahlungsaustrittsfensterbasiselement (80a) , wobei der Schritt des Aufbringens umfasst:
Aussetzen (S34a) des Strahlungsaustrittsfensterbasiselements (80) einer Atmosphäre mit einem Präkursor, der durch die Laserstrahlung (5) zu einer chemischen Reaktion angeregt werden kann,
Betreiben (S34b) der Laserdioden (2) , so dass die chemische Reaktion angeregt wird und der Präkursor in einen Stoff umgewandelt wird, der die optischen Elemente (31) monolithisch auf dem Strahlungsaustrittsfensterbasiselement (80a) ausbildet .
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Präkursor und der Stoff Silizium, Aluminium, Tantal, Hafnium oder Titan umfassen .
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