JP2023516161A - 基板および半導体レーザー - Google Patents

Abstract

一実施形態では、基板（１）は、半導体レーザーダイオード（６１）用に構成されており、複数の基板層（４）を含んでいる。これらの基板層（４）は複数の絶縁層（４１～４３）と、より厚い複数の支持体層（４４～５０）とを含んでいる。半導体レーザーダイオード（６１）のため、レーザーコンデンサ（６２）のため、かつ駆動制御チップ（６３）のために構成されている複数の電気的なコンタクト面（３３）が、絶縁層（４１）である、第１の、最も上の基板層（４）の部品面（３）に存在している。これらの複数のコンタクト面（３３）を電気的に相互に接続する複数の電気的な導体路（５１）が、一方では第１の絶縁層（４１）と第２の絶縁層（４２）との間に存在しており、他方では第２の絶縁層（４２）と、好適には絶縁層（４３）である第３の基板層（４）との間に存在している。

Description

半導体レーザー用の基板が提示される。さらに半導体レーザーが示される。

刊行物である米国特許出願公開第２０１９／０３１２４０７号明細書は、電気的な構成部材を備えた装置に関する。

解決すべき課題は、レーザー放射のための短い上昇時間を可能にする、半導体レーザー用の基板を提供することである。

上述の課題は、とりわけ、各独立請求項の特徴を有する基板および半導体レーザーによって解決される。好ましい発展形態は、従属請求項の対象である。

少なくとも１つの実施形態によれば、１つの半導体レーザーダイオードのために基板が設けられている。この基板には、たとえば唯一の半導体レーザーダイオードだけが取り付けられている。択一的に、複数の半導体レーザーダイオードのために基板が設けられている。複数の半導体レーザーダイオードが設けられている場合、これらの半導体レーザーダイオードは、同じ構造でかつ特に同じ波長のビームを放射するように構成されていてよい、またはたとえば種々異なる波長でレーザービームを放射するために種々異なる半導体レーザーダイオードが存在している。

少なくとも１つの実施形態によれば、基板は、複数の基板層を含んでいる。これらの基板層は、好適には平坦またはほぼ平坦である。これらの基板層の間には、好適にはそれぞれ導電性層、特に金属化部が設けられている。これらの導電性層のうちの少なくともいくつかの導電性層が構造化されており、そのため、基板層間の専用の導電性面と導電性領域とが結果として生じる。基板層自体は、好適には電気的に絶縁性である。

少なくとも１つの実施形態によれば、これらの基板層は、複数の絶縁層を含んでいる。これらの絶縁層は比較的薄い。

少なくとも１つの実施形態によれば、これらの基板層は、さらに複数の支持体層を含んでいる。これらの支持体層は、それぞれ絶縁層よりも厚い。

製造公差の範囲内で、好適にはすべての支持体層が同じ厚さである。相応のことが、好適には絶縁層にも当てはまる。さらに、基板が、絶縁層または支持体層のいずれかである基板層のみを有することが可能である。

少なくとも１つの実施形態によれば、複数の電気的なコンタクト面が、第１の、最も上の絶縁層に設けられている。これらの電気的なコンタクト面は、好適には、半導体レーザーダイオード、レーザーコンデンサおよび駆動制御チップのために設けられている。したがって、第１の、最も上の絶縁層は、基板の部品面を形成しており、この場合、部品面は、上述の電気的な部品と、任意選択的に別の電気的な部品との実装のために構成されている。

基板層は、部品面から開始して連続的に番号付けされている。すなわち、第１の絶縁層に相当する第１の基板層は、部品面のすぐ近くに位置しており、部品面を形成している。第２の基板層、第３の基板層、第４の基板層等は、その番号付けに応じて、それぞれ部品面からさらに離れて位置している。部品面を上から見た平面図で見て、複数の基板層が、少なくとも基板層の外側輪郭に関して、等しい重なりでまたは実質的に等しい重なりで配置されていることが可能である。

番号付けは、好適には一貫して、かつ中断されずに、絶縁層と支持体層とにわたって延在している。すなわち、最後の絶縁層がｎ番目の基板層であり、この場合、複数の支持体層のうちの第１の支持体層がｎ＋１番目の基板層と称される。ここで、ｎは自然数である。

少なくとも１つの実施形態によれば、半導体レーザーダイオード、レーザーコンデンサおよび駆動制御チップのためのコンタクト面は、電気的な導体路を介して相互に電気的に接続されている。電気的な導体路に対して付加的に、好適には、複数の電気的なビアホールも設けられており、これらの電気的なビアホールは、個々の基板層の間を貫通して延在しているか、または複数の基板層の間を貫通して延在しており、基板層によって規定される種々異なる面における電気的な導体路同士を相互に接続している。これらの導体路は、好適には部品面に対して平行に延在しており、ビアホールは、好適には部品面に対して垂直に延在している。

少なくとも１つの実施形態によれば、半導体レーザーダイオードのためのコンタクト面と、レーザーコンデンサのためのコンタクト面と、駆動制御チップのためのコンタクト面との接続のために、それぞれ電気的な導体路が設けられており、これらの電気的な導体路は、一方では第１の絶縁層と第２の絶縁層との間に位置しており、他方では第２の絶縁層と第３の絶縁層との間に位置している。言い換えると、上述のコンタクト面を接続するこれらの電気的な導体路は、上側の３つの基板層に限定されていてよい。２つの絶縁層しか存在していない場合には、第３の絶縁層は、複数の支持体層のうちの最も上の支持体層によって置き換えられている。

少なくとも１つの実施形態では、基板は、１つの半導体レーザーダイオード用に構成されており、複数の基板層を含んでいる。これらの基板層は、複数の絶縁層と複数の支持体層とを含んでおり、これらの支持体層は絶縁層よりも厚い。半導体レーザーダイオードのため、レーザーコンデンサのため、かつ駆動制御チップのために構成されている複数の電気的なコンタクト面は、絶縁層である、第１の、最も上の基板層の部品面に存在しており、基板層は、第１の絶縁層から開始して、部品面から離れる方向で、連続的に番号付けされている。半導体レーザーダイオードのためのコンタクト面と、レーザーコンデンサのためのコンタクト面と、駆動制御チップのためのコンタクト面とを電気的に相互に接続する複数の電気的な導体路は、一方では第１の絶縁層と、絶縁層でもある第２の基板層との間に存在しており、他方では第２の基板層と、同様に好適には絶縁層であり、択一的に支持体層である第３の基板層との間に存在している。

この基板によって、高周波最適化された半導体レーザーが形成される。

したがって、この基板は特に、高速に切り替え可能な半導体レーザーのために用いられ、この高速に切り替え可能な半導体レーザーは、ドライバＩＣまたは駆動制御チップとも称されるドライバ回路と、場合によっては基板における別の部品とを含んでいる。

ドライバとレーザーダイオードとの間の導体ループの寄生インダクタンスは、従来、レーザーダイオードのレーザー電流の達成可能な上昇速度および／または上昇時間を制限し、レーザーパルスの最大エッジ急峻性を制限する。

さらに、そのようなドライバは、従来、差動トリガ信号、たとえばＬＶＤＳを、レーザースイッチのための絶対的な制御信号に変換するプリアンプ段を有している。この場合、極めて短い時間で高いスイッチング電流が流れ、このスイッチング電流は、基板の寄生インダクタンスに基づいて、基板の給電ピンにおいて電圧降下を生じさせることがある。この電圧降下は、干渉信号として、半導体レーザーが取り付けられているプリント基板に戻るように伝播することがある。そのような干渉信号は、電磁両立性に関する問題を引き起こすことがあり、場合によっては高周波放射と関連している。

このような寄生インダクタンスは、通常、対応する導体ループの面積に比例している。本明細書で説明するアプローチによって、導体ループの面積を最小化することができる。再配線のためには、通常、基板に設けられる電気的な導体路を有する複数の面が必要であり、ここでは、該当する電流のための前進経路および戻り経路が、有利には、相互に隣接する、相互に接している電気的な面において実現される。したがって、絶縁層の厚さが薄いので、寄生インダクタンスの減少が可能となる。基板の機械的な安定性は支持体層によって保証される。

したがって、積層体は、本明細書で説明される、多層基板として構成されている基板では対称に構成されていない。最も上の層は、電流経路における順方向導体と逆方向導体との間の距離を最小化するために、できるだけ薄く保たれる。順方向導体と逆方向導体との間の距離が過度に大きいと、該当する電流の直接的な戻り経路がもはや不可能となり、対応するインダクタンスが著しく増大するだろう。半導体レーザーダイオードの達成可能なスイッチング時間は、同じ程度に増加するだろう。

本明細書で説明する基板では、対称的なエネルギ供給を可能にするために、電流源の導線、特にバッファコンデンサから半導体レーザーダイオードへの、特にＶＣＳＥＬへの導線が、可能な限り対称に形成されている。内部的な電流経路は、順方向導体と逆方向導体とが重畳し、これによって電流の戻り経路ができるだけ短く維持されるように設置されかつ構成されている。戻り経路における中断は、最小化されている。

さらに、伝達機構が、好適には基板の中央に貫通案内されていて、複数の基板層の間の、接地された導電性の面によって取り囲まれている。これによって、高周波信号の放射を最小化することができる。

さらに、好適には、僅かな高周波放射を保証するために、半導体レーザーの電流を案内する部分は、外側へ案内されていない。

したがって、本明細書で説明される基板によって、より短いスイッチング時間およびより良好な高周波遮蔽が得られる。

少なくとも１つの実施形態によれば、すべての基板層は同じ材料からなる。択一的または付加的に、すべての基板層はセラミックからなる。特に、基材層はそれぞれ酸化アルミニウムからなる。

少なくとも１つの実施形態によれば、絶縁層の厚さは、それぞれ少なくとも４０μｍまたは７０μｍである。択一的または付加的に、絶縁層の厚さは、多くとも０．３ｍｍまたは０．２ｍｍである。たとえば絶縁層は、約１００μｍの厚さを有している。

少なくとも１つの実施形態によれば、支持体層の厚さは、それぞれ少なくとも０．２ｍｍまたは０．３ｍｍである。択一的または付加的に、支持体層の厚さは、多くとも１ｍｍまたは０．８ｍｍまたは０．６ｍｍまたは０．４ｍｍである。特に支持体層は、約３５０μｍの厚さを有している。

少なくとも１つの実施形態によれば、支持体層は、絶縁層よりも少なくとも１．５倍または２倍または３倍厚い。択一的または追加的に、この係数は、多くとも１０または７または５である。したがって、絶縁層が、半導体レーザーダイオードのより短いスイッチング時間のために非常に薄くなり得るのに対して、より厚い支持体層によって、基板の十分な機械的な安定化が得られる。

少なくとも１つの実施形態によれば、基板は実装面を有している。実装面には、基板の外部との電気的な接触接続のための電気的な接続面が存在している。したがって、実装面は、特に複数の支持体層のうちの最後の支持体層である、複数の基板層のうちの最後の基板層の外側面である。したがって最後の支持体層は、好適には、部品面から最も離れて位置している基板層である。

少なくとも１つの実施形態によれば、半導体レーザーダイオードのための供給電圧のために、１つまたは複数の電気的な接続面が設けられている。電気的なビアホールは、この電気的な接続面から、少なくとも第２の絶縁層まで、または第１の絶縁層まで続く。特にこのビアホールまたはこれらのビアホールは、直接的に、対応する接続面から第２の絶縁層または第１の絶縁層まで案内されており、そのため、これらのビアホールが、中断、折れ曲がりまたは段部を有している必要はない。

少なくとも１つの実施形態によれば、半導体レーザーダイオードの給電電圧のための接続面のための電気的なビアホールは、基板の中央領域に設けられている。中央領域は、縁部領域によって周囲を取り囲まれる。

中央領域は、たとえば基板の面積の最も内側の７０％または８０％を、部品面を上から見た平面図で見て、占めている。縁部領域は均一な幅を有することができるので、縁部領域は均一な幅のフレームとして、中央領域の周りを、閉じた軌道で一周することができる。この場合、中央領域と縁部領域との分割は虚構であってよく、したがって、この分割は、基板における具体的な特徴、たとえば部品面における分割線と関係している必要はない。

少なくとも１つの実施形態によれば、第２の絶縁層または第１の絶縁層まで達する供給電圧のための接続面のための少なくとも１つのビアホールは、支持体層間でそれぞれ少なくとも１つの遮蔽導体路によって取り囲まれている。遮蔽導体路は、好適には、アース端子のための実装面における少なくとも１つの電気的な接続面と接続されている。言い換えると、基板層間の遮蔽導体路は、同軸ケーブルにおける遮蔽に類似して作用する。これによって、ビアホールの高周波放射が減らされる。

少なくとも１つの実施形態によれば、半導体レーザーダイオードの給電電圧のための接続面のために、少なくとも３個もしくは少なくとも４個のビアホールが設けられている、かつ／または多くとも１６個もしくは多くとも８個のビアホールが設けられている。すなわち、この供給電圧のためのビアホールの数は比較的少ない。

少なくとも１つの実施形態によれば、半導体レーザーダイオードの給電電圧のための少なくとも１つのビアホールは、部品面を上から見た平面図で見て、駆動制御チップのための接続領域の下に存在している。すなわち、駆動制御チップが基板に取り付けられている場合、駆動制御チップが、少なくとも１つの相応のビアホールを覆う。したがって、平面図で見て、この少なくとも１つのビアホールは、好適には、半導体レーザーダイオードの隣に、またレーザーコンデンサの隣に配置されている。

少なくとも１つの実施形態によれば、基板は、別のコンデンサのための部品面における電気的なコンタクト面を含んでいる。別のコンデンサは、特に、半導体レーザーダイオードをスイッチオンするスイッチング素子のためのバッファコンデンサとして用いられる。

少なくとも１つの実施形態によれば、別のコンデンサのためのコンタクト面と駆動制御チップのためのコンタクト面とを電気的に相互に接続する複数の電気的な導体路が、一方では第１の絶縁層と第２の絶縁層との間に存在しており、他方では第２の絶縁層と、好適には絶縁層である第３の基板層との間に存在している。これらのコンタクト面の電気的な接続のための導体路が、第１の絶縁層と第２の絶縁層との間の領域と、第２の基板層と第３の基板層との間の領域とに制限されていることが可能である。

少なくとも１つの実施形態によれば、別のコンデンサのためのコンタクト面と駆動制御チップのためのコンタクト面とを電気的に相互に接続するこれらの導体路は、部品面を上から見た平面図で見て、部分的にまたは完全に相互に重なって延在している。該当するこれらの導体路をこのように可能な限り等しい重なりで配置することによって、寄生インダクタンスが減らされる。

少なくとも１つの実施形態によれば、別のコンデンサのための電気的なコンタクト面のための電気的なビアホールは、部品面を上から見た平面図で見て、基板の縁部領域に存在している。同じことが、好適には、実装面における対応する電気的な接続面に当てはまる。すなわち、半導体レーザーダイオードのための供給電圧のための電気的なビアホールとは対照的に、別のコンデンサのための電気的な端子は、基板の縁部に配置されている。

少なくとも１つの実施形態によれば、一方で支持体層がブロック状に配置されており、他方で絶縁層がブロック状に配置されている。すなわち、支持体層の間には絶縁層のいずれも存在しておらず、絶縁層の間には支持体層のいずれも存在していない。

少なくとも１つの実施形態によれば、複数の絶縁層のうちの２つまたは３つまたは４つまたは５つの絶縁層が存在している。好適には、厳密に２つまたは厳密に３つの絶縁層、特に３つの絶縁層が存在している。

少なくとも１つの実施形態によれば、複数の支持体層のうちの少なくとも３つまたは５つの支持体層が存在している。択一的または付加的に、支持体層の数は、多くとも２０または１２または８である。

たとえば、合計で少なくとも４つ、または少なくとも５つ、または少なくとも７つの基板層が存在している。択一的または付加的に、基板層の総数は、多くとも２５または１８または１２である。ここでは好適には、絶縁層よりも多くの支持体層が存在している。

少なくとも１つの実施形態によれば、基板は、導体ループの大きさを低減するために用いられる。すなわち、支持体層に対して相対的に、絶縁層の厚さが薄いことによって、導体路と対応する電気的なビアホールとによって規定される導体ループの大きさ、ひいてはインダクタンスの大きさが、統一された厚さの基板層を備える基板と比べて低減されている。このことは、特に、別のコンデンサの電気的な接続に当てはまり、択一的または付加的に半導体レーザーダイオード自体の電気的な接続に当てはまる。

さらに半導体レーザーが提示される。この半導体レーザーは、上述した実施形態のうちの１つまたは複数の実施形態に関連して示したような基板を含んでいる。したがって、この半導体レーザーの特徴は、基板についても開示されていることになり、逆も同様である。

少なくとも１つの実施形態では、半導体レーザーは基板を含んでいる。さらに半導体レーザーは、たとえばボンディングワイヤ等を介して間接的に、またははんだ付け等を介して直接的に、対応するコンタクト面と電気的に接続されている半導体レーザーダイオードを含んでいる。さらに半導体レーザーは、対応するコンタクト面に接して、かつ／または対応するコンタクト面上に、レーザーコンデンサを含んでいる。さらに、駆動制御チップ、特にＩＣが、対応するコンタクト面に接して、かつ／または対応するコンタクト面上に存在している。

少なくとも１つの実施形態によれば、半導体レーザーは、表面実装可能である。特に半導体レーザーは、実装面のみを介して、電気的に、かつ同時に機械的および熱的にも取り付け可能である。

少なくとも１つの実施形態によれば、半導体レーザーはさらに、別のコンデンサを含んでいる。別のコンデンサは、部品面における対応するコンタクト面に取り付けられている。

少なくとも１つの実施形態によれば、特に、駆動制御チップのスイッチング素子用のバッファコンデンサとして半導体レーザーダイオードに向かって構成されている別のコンデンサは、平面図で見て、駆動制御チップのすぐ隣に存在している。この別のコンデンサが、半導体レーザーダイオードに対応付けられている電気的なコンタクト面のすぐ隣に存在していることも可能である。これによって、平面図で見て、別のコンデンサと駆動制御チップとの間の幾何学的距離ならびに別のコンデンサと半導体レーザーダイオードとの間の幾何学的距離を最小化することができる。

少なくとも１つの実施形態によれば、半導体レーザーダイオードのコンタクト面は、部品面を上から見た平面図で見て、半導体レーザーダイオードの接続領域の隣に位置している。すなわち、半導体レーザーダイオードは、効率的な熱的な接触接続のために、好適には全面的に接続領域に取り付けられており、特にはんだ付けされており、この場合、接続領域が、さらなる電気的な機能を有している必要はない。

半導体レーザーダイオードの電気的な接触接続は、この場合、好適には、アノード側でもカソード側でも、それぞれ対応するコンタクト面をもたらすボンディングワイヤを介して行われる。アノード側でもカソード側でも、導電性のボンディングワイヤを介して接触接続されている半導体レーザーダイオードに対して択一的に、半導体レーザーダイオードが、アノード側またはカソード側で、特に全面的にはんだ付けされていてよい、かつ／または半導体レーザーダイオードは、部品面に面する複数の電気的なコンタクト面を用いて、ボンディングワイヤを用いずに実装されている。

少なくとも１つの実施形態によれば、半導体レーザーはさらにカバーを含んでいる。カバーは、基板に固定されており、たとえば接着されている。カバーは、好適には、電気的に絶縁性の材料、たとえばプラスチックまたはセラミックからなる。

少なくとも１つの実施形態によれば、レーザービームは、半導体レーザーダイオードから、動作中に、基板から離れる方向において、カバーを通って、特にカバーの窓を通って放射される。この場合、レーザービームは、直接的に、半導体レーザーダイオードから、この方向に放射され得る、またはレーザービームのビーム経路に関して、半導体レーザーダイオードとカバーとの間に偏向光学系が設けられている。

特に、半導体レーザーダイオードは、垂直キャビティを備えた、シングルチャネルまたはマルチチャネルの面発光レーザーダイオード、英語でＶｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒまたは略してＶＣＳＥＬである。

少なくとも１つの実施形態によれば、半導体レーザーダイオードとレーザーコンデンサとの間の距離および／または半導体レーザーダイオードと駆動制御チップとの間の距離は、最大で０．２ｍｍ、特に最大で１５０μｍまたは１００μｍである。このように短い距離によって、電流経路の長さを減らすことができる。

少なくとも１つの実施形態によれば、半導体レーザーは、半導体レーザーダイオードに通電する大電流強度のために構成されている。半導体レーザーダイオードは、好適には、パルス制御されて動作する。特に、半導体レーザーは、少なくとも２Ａもしくは３Ａかつ／または多くとも１５Ａもしくは１０Ａの、半導体レーザーダイオードを通り抜ける一時的な電流強度のために構成されている。

少なくとも１つの実施形態によれば、半導体レーザー、特に基板は、半導体レーザーダイオードの電流ひいてはレーザー放射の短い上昇時間のために構成されている。たとえば、上昇時間は最大で２ｎｓまたは１ｎｓまたは０．５ｎｓである。上昇時間は、たとえば、１０－９０－時間、すなわち電流が、最大電流強度の１０％から９０％に上昇する時間である。

本明細書で説明される半導体レーザーは、たとえば、飛行時間特定、英語でＴｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔまたは略してＴｏＦを用いた距離測定のために構成されている。半導体レーザーによって動作中に放射されるレーザービームの波長は、好適には近赤外スペクトル領域にあり、特に少なくとも８５０ｎｍかつ／または多くとも１．６μｍである。

以降では、図面を参照しながら、実施例に基づき、本明細書で説明される基板および本明細書で説明される半導体レーザーについて詳しく説明する。ここでは、同じ参照符号は、個々の図面において同じ要素を表している。ただし、ここでは、縮尺どおりに描かれているわけではなく、むしろ個々の要素が、理解を深めるために誇張して大きく描かれている場合がある。

本明細書で説明される基板を備える、本明細書で説明される半導体レーザーの実施例の概略的な斜視図である。 本明細書で説明される基板を備える、本明細書で説明される半導体レーザーの実施例の概略的な斜視図である。 図２に示した半導体レーザーの概略的な回路図である。 図２に示した半導体レーザーの概略的な側面図である。 一電気的態様にフォーカスされた、図２に示した半導体レーザーの線描による透過性の基板を備える概略的な斜視図である。 図２に示した半導体レーザーの概略的な回路図である。 図２に示した半導体レーザーの概略的な側面図である。 一電気的態様にフォーカスされた、図２に示した半導体レーザーの線描による透過性の基板を備える概略的な斜視図である。 一電気的態様にフォーカスされた、図２に示した半導体レーザーの線描による透過性の基板を備える概略的な斜視図である。 図２に示した半導体レーザーの概略的な回路図である。 図２に示した半導体レーザーの概略的な側面図である。

図１～図１１には、半導体レーザー２の実施例が種々の図で示されている。図１および図２は、半導体レーザー２全体に関連し、図３～図１１では、個々にまたは好適には重畳して、本明細書で説明される半導体レーザーにおいて実現されている種々の電気的態様が強調されている。

図１による半導体レーザー２の三次元図では、半導体レーザー２が基板１を有していることが見て取れる。基板１は、多数の基板層４を含んでいる。基板層４は、一方では絶縁層４１，４２，４３に分割されており、他方では支持体層４４～５０に分割されている。絶縁層４１，４２，４３は、できるだけ薄く構成されており、支持体層４４～５０は、基板１、ひいては半導体レーザー２の機械的な安定化のために用いられる。

さらに、半導体レーザー２はカバー８を有している。カバー８は、たとえばプラスチックからなる。任意選択的に、カバー８は、接着剤８１によって基板１に取り付けられている。カバー８は、好適には、窓８２を含んでおり、これは、たとえばガラス、プラスチック、またはレーザービームＬに対して透過性の材料、たとえばサファイアからなる。半導体レーザー２の動作中、レーザービームＬは、好適には、基板１から離れる方向で窓８２を通して放射される。

後続の図面では、図を簡単にするために、カバー８はそれぞれ図示されていない。

図２から見て取れるように、第１の絶縁層４１によって形成されている最も上の基板層上に部品面３が規定されている。部品面３には、電気的なコンタクト面３３と少なくとも１つの接続領域３５とが存在している。コンタクト面３３とは異なり、接続領域３５が、さらなる電気的な機能を有していないことが可能である。

部品面３に設けられたコンタクト面３３には、駆動制御チップ６３ならびに別のコンデンサ６４が取り付けられている。接続領域３５には、半導体レーザーダイオード６１が存在しており、半導体レーザーダイオード６１の隣には、レーザーコンデンサ６２が、対応するコンタクト面３３に取り付けられている。任意選択的に、半導体レーザー２は、さらにたとえば診断のため、かつ／または半導体レーザーダイオード６１の駆動制御のためのフォトダイオード６５を含んでいる。

半導体レーザーダイオード６１および任意選択的にフォトダイオード６５は、たとえばボンディングワイヤ６６を介して電気的に接続されている。他の部品６２，６３，６４は、好適には、ボンディングワイヤを用いずに、電気的に接触接続されており、これによって、これらの部品６２，６３，６４は、表面実装可能であってよい。

半導体レーザー２のこの例示的な図とは異なり、他の数の絶縁層および支持体層が設けられていてもよい。たとえば、２つの絶縁層および少なくとも３つの支持体層のみが設けられている。

たとえば、部品面３に対して垂直な方向での基板１の高さは、少なくとも１ｍｍもしくは２ｍｍかつ／または多くとも５ｍｍもしくは３ｍｍ、たとえば約２．３ｍｍである。基板１の幅は、たとえば少なくとも１．５ｍｍもしくは２．５ｍｍかつ／または多くとも８ｍｍもしくは５ｍｍ、たとえば約３．５ｍｍである。基板１の長さは、たとえば少なくとも２ｍｍもしくは３．５ｍｍかつ／または多くとも１０ｍｍもしくは８ｍｍ、たとえば約５．４ｍｍである。絶縁層４１，４２，４３の厚さは、たとえば約１００μｍであり、これに対して、支持体層４４～５０は、たとえば約３５０μｍの厚さを有している。上述の値は、基板１および半導体レーザー２のすべての実施例について、個別にまたは重畳して有効であり得る。

図３には、部品６１，６２，６３，６４の電気的な接続が概略的に示されている。これらの部品は、ここでは、電気的な導体路５１ならびに図３に明示的に示されていない電気的なビアホール５２を介して、相互に接続されている。

部品面３とは反対側の実装面７（図４も参照）には、半導体レーザー２ひいては基板１の外部との電気的な接触接続のための複数の電気的な接続面３４が存在している。接続面３４は、図４の例では１０番目の基板層４に存在しており、この１０番目の基板層４は、適用された計数では、１０番目の支持体層５０に等しい。

半導体レーザーダイオード６１のための供給電圧ＶＬＤのため、別のコンデンサ６４のための供給電圧ＶＣＣのため、アース端子ＧＮＤのため、ならびにトリガ端子ＥＮのために電気的な接続面３４が存在している。任意選択的に、たとえば診断目的で、図３には示されていない任意選択的なフォトダイオード６５を読み出すために、別の、明示的には図示されていない接続面３４が設けられていてよい。

駆動制御チップ６３は、好適には、スイッチング要素６８のためのドライバ６７を含んでいる。ドライバ６７は、たとえばオペアンプである。スイッチング要素６８は、好適にはトランジスタ、特にＭＯＳＦＥＴである。

図３および図４では、特に、半導体レーザーダイオード６１のスイッチオン時、ひいてはスイッチング要素６８の作動時の電流経路に注意が向けられている。ここではバッファコンデンサとして用いられる別のコンデンサ６４が使用される。ここでは関連する電流経路が強調されている。

端子ＥＮにおけるトリガ信号によって、半導体レーザー２がスイッチオンされる。その際、ドライバ６７は、数１０ｐｓ以内でスイッチング要素６８のゲートを充電するために、かなり、電流を引き込む。ドライバ６７の電圧供給部と電流源との間の直列抵抗およびインダクタンスは、別のコンデンサ６４の対応する給電電圧ＶＣＣのための接続面３４において、数１００ｍＶの顕著な電圧降下を生じさせ得る。これは、半導体レーザー２の電磁適合性に関する問題を引き起こす可能性がある。

図４および図５では、基板１内の別のコンデンサ６４の対応する接続が強調されている。すなわち、図４の概略的な側面図および図５の三次元図では、図３の回路図において強調されているような電流案内が明確化されている。

対応する電気的な導体路５１ａ，５１ｂは、第１の絶縁層４１と第２の絶縁層４２との間ならびに第２の絶縁層４２と第３の絶縁層４３との間に延在している。部品面３を上から見た平面図において、これらの導体路５１ａ，５１ｂは、小さい寄生インダクタンスを保証するために、可能な限り等しい重なりで延在している。

別のコンデンサ６４のための電気的なビアホール５２は、部品面を上から見た平面図で見て、基板１の縁部領域に位置している。同じことが好適には、別のコンデンサ６４自体にも当てはまる。

対応するビアホール５２は、好適には部分的にまたは完全に、駆動制御チップ６３の隣に、特に別のコンデンサ６４の下方に延在している。種々異なる面における導体路５１ａ，５１ｂと、接続面３４から別のコンデンサ６４および駆動制御チップ６３へと続くビアホール５２との間の接続を実現するために、別のビアホール５２が設けられている。

したがって、駆動制御チップ６３の給電電圧の案内は、実質的に絶縁層４１，４２，４３の間で実現されており、ここで、できる限り小さいインダクタンスを達成するために、ＶＣＣおよびＧＮＤのための導体路５１ａ，５１ｂ間の直接的な重畳が存在している。

したがって、基板１は、好適には、絶縁層４１，４２，４３の形態の薄いセラミック層を備える半導体レーザーダイオード６１のための電力部分を有している。残りの基板１は、支持体層４４～５０の形態の比較的厚いセラミック層を備える信号部分である。

パルス制御されて動作する半導体レーザー２のための典型的な動作電流は、たとえば３．５Ａ～４Ａの範囲にあり、この場合、上昇時間は約０．５ｎｓの範囲にある。レーザーコンデンサ６２の静電容量は、たとえば、約１μＦの範囲にある。基板層４間の電気的な導体路の厚さは、たとえば少なくとも１０μｍもしくは１５μｍかつ／または多くとも５０μｍもしくは３０μｍである。ビアホール５２の直径は、たとえば少なくとも５０μｍかつ／または多くとも０．２ｍｍであり、たとえば約１００μｍである。基板１において隣り合う導体路間の距離および／またはビアホール間の距離は、電気的な短絡を回避するため、好適には少なくとも５０μｍまたは０．１ｍｍである。上述の値は、半導体レーザー２および基板１のすべての実施例について、個別にまたは重畳して有効であり得る。

図６～図９には、本明細書で説明される半導体レーザー２の別の態様が示されている。半導体レーザー２がスイッチオンされると、数アンペアの電流パルスが、供給電圧ＶＬＤからレーザーを通って、駆動制御チップ６３を通って、アース端子ＧＮＤに戻る。これについては図６において強調されている電流経路を参照されたい。

図７を参照すると、実装面７における接続面３４へと向かう、基板１の部品面３におけるこれらの部品間の領域が、アンテナとして作用し、無線ビームを放射することができる。これによって同様に、半導体レーザー２の電磁適合性に関する問題が生じ得る。

特に図８から見て取れるように、供給電圧ＶＬＤのためのビアホール５２は、部品面３を上から見た平面図で見て、基板１の中央領域に配置されている。言い換えると、これらのビアホール５２は、好適には基板１の中央を通って延在している。これらのビアホール５２は、少なくとも第２の絶縁層４２にまで達しており、さらに駆動制御チップ６３のためのコンタクト面３３まで部分的に案内されていてもよい。

特に図９において見て取れるように、電気的な導体路５１ｂ～５１ｅは、部品面３から離れて位置する基板層４間において、遮蔽導体路５３として構成されており、これらの遮蔽導体路５３はＧＮＤと接続されており、部品面３を上から見た平面図において、ＶＬＤのためのビアホール５２の周りを一周している。これによって、ＶＬＤのためのビアホール５２の効率的な遮蔽が保証されている。したがって、顕著に低減された高周波放射が行われる。

この場合、ＧＮＤのための複数の接続面３４が設けられていてよく、これらの接続面３４は、たとえばＶＬＤのための厳密に１つの接続面３４の２つの側に位置している。ＶＬＤおよびＧＮＤのための接続面３４は、ＶＣＣ、ＥＮ、別のＧＮＤのための比較的小さな接続面３４ならびに明示的に示されていない制御信号または診断データのための比較的小さな接続面３４によって周囲を取り囲まれていてよい（図８を参照）。

図１０および図１１には、本明細書で説明される基板１の別の態様が示されている。半導体レーザーダイオード６１がスイッチオンされると、電流供給部と半導体レーザーダイオード６１との間の直列抵抗およびインダクタンスは、電流の上昇時間を、典型的には数１０ｎｓに制限する。したがって、サブナノ秒領域におけるレーザー放射を確立するために必要とされる電流を提供するために、レーザーコンデンサ６２が使用される。

本明細書で説明される基板１を用いることによって、導体ループに起因するインダクタンスが、強調されている電流経路において最小化される。これは、特に、この電流経路が第２の絶縁層４２の両側において案内され、それによって、第２の絶縁層４２の厚さのみが、横断面図で見て、導体ループの大きさに寄与することによって達成される。したがって、絶縁層４１，４２，４３の厚さが薄いことによって、レーザー放射の上昇時間を短くすることができる。

簡単に要約すれば、半導体レーザー２の、本明細書で説明される基板１は、特に以下の３つの態様に向けたものである：
・対応する複数の電気的な線路が相互に近接し、かつほぼ等しい重なりで延在することができるので、別のコンデンサ６４の領域におけるスイッチング要素６７の駆動制御時に、小さいインダクタンスが得られる（図３～図５を参照）。
・供給電圧ＶＬＤのためのビアホールが基板１の中央を通って延在し、遮蔽導体路５３を介して横方向に遮蔽されていることによって、高周波放射が減らされる（図６～図９を参照）。
・レーザーコンデンサ６２と半導体レーザーダイオード６１との間の電流経路が、横断面図で見て、小さいインダクタンスを有していることによって、レーザー放射の短い上昇時間が得られる（図１０および図１１を参照）。

図面に示されている部品は、好適には、示された順序で相前後して続き、特に、他の記載がない限りは直接相前後して続く。図面において接触していない部品は、好適には互いに距離を有している。複数の線が互いに平行に描かれている場合には、対応する複数の面も好適には互いに平行に配向されている。さらに、他の記載がない限り、図面における、示された部品相互の相対位置は正しく再現されている。

本明細書で説明された本発明は、実施例に基づく説明によって限定されるものではない。それどころか、本発明は、当該特徴または当該組み合わせ自体が特許請求の範囲または実施例において明示的に提示されていない場合であっても、あらゆる新規の特徴ならびに特に特許請求の範囲の特徴のあらゆる組み合わせを含めたこれらの特徴のあらゆる組み合わせを含んでいる。

本特許出願は、独国特許出願１０２０２０１０５００５．４号の優先権を主張するものであり、それによって、この独国特許出願の開示内容は、援用により本明細書に組み込まれる。

１ 基板
２ 半導体レーザー
３ 部品面
３３ 電気的なコンタクト面
３４ 電気的な接続面
３５ 電気的な接続領域
４ 基板層
４１～４３ 絶縁層
４４～５０ 支持体層
５１ 基板層間の電気的な導体路
５２ 電気的なビアホール
５３ 遮蔽導体路
６１ 半導体レーザーダイオード
６２ レーザーコンデンサ
６３ 駆動制御チップ
６４ 別のコンデンサ
６５ フォトダイオード
６６ ボンディングワイヤ
６７ スイッチング要素用のドライバ
６８ スイッチング要素
７ 実装面
８ カバー
８１ 接着剤
８２ 窓
ＥＮ トリガ端子
ＧＮＤ アース端子（Ｇｒｏｕｎｄ）
Ｌ レーザービーム
ＶＣＣ 別のコンデンサのための給電電圧のための端子
ＶＬＤ 半導体レーザーダイオードのための供給電圧のための端子

Claims (17)

1. 複数の基板層（４）を備える、半導体レーザーダイオード（６１）用の基板（１）であって、
   前記基板層（４）は、複数の絶縁層（４１，４２，４３）を含んでおり、
   前記基板層（４）は、前記絶縁層（４１，４２，４３）よりも厚い複数の支持体層（４４～５０）を含んでおり、
   前記半導体レーザーダイオード（６１）のための、レーザーコンデンサ（６２）のための、かつ駆動制御チップ（６３）のための複数の電気的なコンタクト面（３３）が、第１の、最も上の絶縁層（４１）の部品面（３）に存在しており、前記基板層（４）は、前記第１の絶縁層（４１）から開始して、前記部品面（３）から離れる方向で、連続的に番号付けされており、かつ
   前記半導体レーザーダイオード（６１）のための前記コンタクト面（３３）と、前記レーザーコンデンサ（６２）のための前記コンタクト面（３３）と、前記駆動制御チップ（６３）のための前記コンタクト面（３３）とを電気的に相互に接続する複数の電気的な導体路（５１）が、一方では前記第１の絶縁層（４１）と第２の絶縁層（４２）との間に存在しており、他方では前記第２の絶縁層（４２）と第３の基板層（４，４３）との間に存在している、
   基板（１）。
2. すべての基板層（４）が、セラミックである同じ材料からなり、
   前記絶縁層（４１，４２，４３）の厚さはそれぞれ４０μｍ以上～０．２ｍｍ以下であり、
   前記支持体層（４４～５０）の厚さはそれぞれ０．２ｍｍ以上～０．８ｍｍ以下であり、前記支持体層（４４～５０）は、前記絶縁層（４１，４２，４３）よりも少なくとも２倍厚く、前記基板（１）の機械的安定化のために構成されている、請求項１記載の基板（１）。
3. 前記半導体レーザーダイオード（６１）のための供給電圧（ＶＬＤ）のために設けられている少なくとも１つの電気的な接続面（３４）が、前記複数の支持体層のうちの最後の支持体層（５０）の、外側の実装面（７）から、少なくとも前記第２の絶縁層（４２）まで続き、
   前記接続面（３４，ＶＬＤ）のための少なくとも１つの電気的なビアホール（５２）が、前記部品面（３）を上から見た平面図で見て、前記基板（１）の中央領域に配置されている、請求項１または２記載の基板（１）。
4. 前記複数の支持体層（４４～５０）間の前記半導体レーザーダイオード（６１）のための前記供給電圧（ＶＬＤ）のための前記接続面（３４）のための前記少なくとも１つのビアホール（５２）は、それぞれ少なくとも１つの遮蔽導体路（５３）によって取り囲まれており、前記遮蔽導体路（５３）は、アース端子（ＧＮＤ）のための前記実装面（７）における少なくとも１つの電気的な接続面（３４）と接続されている、請求項３記載の基板（１）。
5. 前記半導体レーザーダイオード（６１）のための前記供給電圧（ＶＬＤ）のための前記接続面（３４）のために、少なくとも３つのビアホール（５２）が設けられており、
   前記ビアホール（５２）は、厳密に１つの対応する前記接続面（３４，ＶＬＤ）から、少なくとも前記第２の絶縁層（４２）まで直接的かつ中断なく延在しており、前記部品面（３）を上から見た平面図で見て、前記駆動制御チップ（６３）のための接続領域（３５）の下に存在している、請求項４記載の基板（１）。
6. 前記基板（１）は、別のコンデンサ（６４）のための前記部品面（３）における電気的なコンタクト面（３３）を含んでおり、
   前記別のコンデンサ（６４）のための前記コンタクト面（３３）と前記駆動制御チップ（６３）のための前記コンタクト面（３３）とを電気的に相互に接続する複数の電気的な導体路（５１）が、一方では前記第１の絶縁層（４１）と前記第２の絶縁層（４２）との間に存在しており、他方では前記第２の絶縁層（４２）と前記第３の基板層（４，４３）との間に存在している、請求項１から５までのいずれか１項記載の基板（１）。
7. 前記別のコンデンサ（６４）のための前記コンタクト面（３３）と前記駆動制御チップ（６３）のための前記コンタクト面（３３）とを電気的に相互に接続する前記複数の導体路（５１）が、前記部品面（３）を上から見た平面図で見て、少なくとも部分的に重なって延在している、請求項６記載の基板（１）。
8. 前記別のコンデンサ（６４）のための前記電気的なコンタクト面（３３）のための前記電気的なビアホール（５２）が、前記部品面（３）を上から見た平面図で見て、前記基板（１）の縁部領域に配置されている、請求項６または７記載の基板（１）。
9. 一方で前記支持体層（４４～５０）がブロック状に配置されており、他方で前記絶縁層（４１，４２，４３）がブロック状に配置されており、これによって、前記絶縁層（４１，４２，４３）の間には前記支持体層（４４～５０）のいずれも存在しておらず、逆も同様である、請求項１から８までのいずれか１項記載の基板（１）。
10. 前記基板（１）は、前記複数の絶縁層（４１，４２，４３）のうちの２以上～５以下の数の絶縁層（４１，４２，４３）と、前記複数の支持体層（４４～５０）のうちの３以上～２０以下の数の支持体層（４４～５０）とを含んでおり、
    前記絶縁層（４１，４２，４３）よりも多くの支持体層（４４～５０）が存在している、請求項１から９までのいずれか１項記載の基板（１）。
11. 前記絶縁層（４１，４２，４３）の厚さが薄いことによって、前記導体路（５１）によって規定される導体ループの大きさ、ひいてはインダクタンスの大きさが、統一された厚さのみを有する基板層（４）を備える基板（１）と比べて低減されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の基板（１）。
12. 半導体レーザー（２）であって、前記半導体レーザー（２）は、
    請求項１から１１までのいずれか１項記載の基板（１）と、
    対応するコンタクト面（３３）と電気的に接続されている半導体レーザーダイオード（６１）と、
    前記対応するコンタクト面（３３）に設けられているレーザーコンデンサ（６２）と、
    前記対応するコンタクト面（３３）に設けられている駆動制御チップ（６３）とを有しており、
    前記半導体レーザー（２）は表面実装可能である、
    半導体レーザー（２）。
13. 前記半導体レーザー（２）は、前記対応するコンタクト面（３３）に取り付けられている別のコンデンサ（６４）をさらに含んでおり、
    前記別のコンデンサ（６４）は、前記部品面（３）を上から見た平面図で見て、前記駆動制御チップ（６３）のすぐ隣に存在している、請求項１２記載の半導体レーザー（２）。
14. 前記半導体レーザーダイオード（６１）の前記コンタクト面（３３）は、前記部品面（３）を上から見た平面図で見て、前記半導体レーザーダイオード（６１）の接続領域（３５）の隣に位置しており、
    前記半導体レーザーダイオード（６１）はそれぞれ複数のボンディングワイヤ（６６）を用いて、前記対応するコンタクト面（３３）と電気的に接続されている、請求項１２または１３記載の半導体レーザー（２）。
15. 前記半導体レーザー（２）は、前記基板（１）に接着されているカバー（８）をさらに含んでおり、
    レーザービーム（Ｌ）が、前記半導体レーザーダイオード（６１）から、動作中に、前記基板（１）から離れる方向において、前記カバー（８）を通って放射され、前記半導体レーザーダイオード（６１）は、垂直なキャビティを備えた面発光レーザーダイオードである、請求項１２から１４までのいずれか１項記載の半導体レーザー（２）。
16. 前記半導体レーザーダイオード（６１）と前記レーザーコンデンサ（６２）との間の距離ならびに前記半導体レーザーダイオード（６１）と前記駆動制御チップ（６３）との間の距離はそれぞれ最大で０．２ｍｍである、請求項１２から１５までのいずれか１項記載の半導体レーザー（２）。
17. 前記半導体レーザー（２）は、少なくとも２Ａの、前記半導体レーザーダイオード（６１）に対する一時的な電流強度のために、かつ１ｎｓ以下の、前記半導体レーザーダイオード（６１）に対する電流の上昇時間のために設けられている、請求項１２から１６までのいずれか１項記載の半導体レーザー（２）。

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