JP6453399B2 - レーザ素子およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、特許請求項１に記載されているレーザ素子と、特許請求項９に記載されている、レーザ素子を製造する方法と、に関する。

端面発光レーザチップは、従来技術から公知である。このようなレーザチップは、放出方向に垂直に向いた空間方向（速軸）において比較的大きなビーム発散を有する。多くの用途においては、レーザチップによって放出されたレーザ放射をコリメートレンズによって集める必要がある。この場合、レーザチップによって放出されたレーザ光が、できる限り正確にレンズの光軸に入射する必要がある。したがって、一般的にはレンズの半径が端面発光レーザチップの高さよりも大きい。この理由のため、レーザチップはコリメートレンズに対して高い位置に配置しなければならない。レーザチップおよびコリメートレンズを備えた公知の統合型レーザ素子（レーザパッケージ）においては、この目的のため、個別に作製された基台（サブマウント）の上にレーザチップが配置される。しかしながら、基台の作製と、基台を取り付けるために必要な追加の工程ステップとによって、このようなレーザ素子の製造コストが増大する。

本発明の目的は、レーザ素子を提供することである。この目的は、請求項１の特徴を有するレーザ素子によって達成される。本発明のさらなる目的は、レーザ素子を製造する方法を提供することである。この目的は、請求項９の特徴を有する方法によって達成される。従属請求項には、さまざまな修正形態が開示されている。

本レーザ素子はキャリアを備えており、このキャリアは、レンズキャリア表面と、レンズキャリア表面に対して高くなっているチップキャリア表面とを有する。光学レンズは、レンズキャリア表面に配置されている。レーザチップは、チップキャリア表面に配置されている。チップキャリア表面およびレンズキャリア表面は、キャリアの均一な材料による連続的なセクションによって形成されている。キャリアは、プラスチック材料を含む。このレーザ素子においては、たとえ光学レンズの半径がレーザチップの高さよりも大きい場合にも、レーザチップによって放出されたレーザ光が光学レンズの光軸に入射することができるように、レーザチップは、光学レンズに対して高い位置に配置されており、これは有利である。キャリアは、均一な材料による連続した一体部材として形成されているため、経済的に作製することができる。レーザチップを高い位置に配置するための追加の基台が必要なく、これは有利である。したがって、このような基台による公差が発生することもなく、これは有利である。キャリアを一体的に形成することにより、さらに、レーザ素子の実装が単純化され、これは有利である。キャリアをプラスチック材料から形成することによって、ＭＩＤ（成形回路部品）技術法によってキャリアを作製することが可能になる。光学レンズは、市販されている標準的な部品とすることができ、これは有利である。

本レーザ素子の一実施形態においては、本レーザ素子は、表面実装可能なＳＭＤ素子として構成されている。これにより、例えばリフローはんだ付けを使用して、本レーザ素子を表面実装することができ、これは有利である。

本レーザ素子の一実施形態においては、チップキャリア表面とレンズキャリア表面は、互いに平行な向きにある。したがって、レーザチップと光学レンズの相互の位置合わせが特に単純になり、これは有利である。

本レーザ素子の一実施形態においては、チップキャリア表面とレンズキャリア表面は、チップキャリア表面に垂直な向きにある端面によって、互いに結合されている。したがって、本レーザ素子のキャリアは、特に単純な幾何学形状を有し、これは有利である。

本レーザ素子の一実施形態においては、光学レンズは、端面に当接している。したがって、本レーザ素子の実装時に、光学レンズの正確なパッシブアライメントのための基準係止縁部（reference stop edge）として端面を使用することができ、これは有利である。したがって、本レーザ素子の実装が単純化され、これは有利である。さらには、本レーザ素子の実装と、本レーザ素子の部分／部品の相互の位置合わせとが、特に高い精度で可能である。

本レーザ素子の一実施形態においては、光学レンズは、平凸シリンドリカルレンズとして構成されている。したがって、光学レンズを本レーザ素子の端面に特に簡単に位置合わせすることができ、これは有利である。さらに、平凸シリンドリカルレンズとして構成されている光学レンズは、コンパクトな外形寸法を有し、これは有利である。

本レーザ素子の一実施形態においては、光学レンズは、両凸シリンドリカルレンズとして構成されている。したがって、この光学レンズでは、レーザチップによって放出されるレーザ光の特に強い光コリメーション効果を得ることができ、したがって、レーザ光の大きな発散も補正することができる。

本レーザ素子の一実施形態においては、チップキャリア表面は第１のメタライゼーションを備えており、第１のメタライゼーションは、キャリアの第１のはんだ接触面に導電接続されている。したがって、レーザチップの電気コンタクトを第１のメタライゼーションに導電接続することができ、これは有利である。したがって、本レーザ素子のレーザチップに、第１のはんだ接触面を介して電気的に接触することができる。例えば、本レーザ素子は、表面実装可能なＳＭＤ素子として構成することができ、ＳＭＤ素子には例えばリフローはんだ付けによって接触することができる。

本レーザ素子の一実施形態においては、レンズキャリア表面はメタライゼーションを備えており、このメタライゼーションは第１のメタライゼーションに導電接続されている。したがって、第１のメタライゼーションは、キャリアの外面上に延在するメタライゼーションを介して第１のはんだ接触面に導電接続されており、したがって、本レーザ素子は、特に簡単かつ経済的に製造することができる。

本レーザ素子の一実施形態においては、チップキャリア表面は、第２のメタライゼーションを備えており、第２のメタライゼーションは、キャリアの第２のはんだ接触面に導電接続されている。したがって、レーザチップの電気コンタクトを第２のメタライゼーションに導電接続することができ、これは有利である。したがって、本レーザ素子のレーザチップに、第２のはんだ接触面および第２のメタライゼーションを介して電気的に接触することができる。例えば、本レーザ素子は、表面実装可能なＳＭＤ素子として構成することができ、ＳＭＤ素子には例えばリフローはんだ付けによって接触することができる。

本レーザ素子の一実施形態においては、本レーザ素子はカバーを備えている。この場合、レーザチップおよび光学レンズは、キャリアとカバーとの間に配置されている。レーザチップおよび光学レンズは、機械的な損傷に対してカバーによって保護されており、これは有利である。このようにすることで、本レーザ素子は、ピックアンドプレース法によって自動的な方法で簡単かつ経済的に実装することができ、これは有利である。

カバーは、少なくとも一部分が、レーザチップによって放出されるレーザ放射に対して透明である。したがって、レーザチップによって放出されるレーザ放射のうちの少量がカバーによって吸収されるのみであり、したがって発生する損失は小さく、これは有利である。

レーザ素子を製造する方法は、レンズキャリア表面と、レンズキャリア表面に対して高くなっているチップキャリア表面とを有するキャリアを、射出成形法によって形成するステップと、チップキャリア表面にレーザチップを配置するステップと、レンズキャリア表面に光学レンズを配置するステップと、を含む。この方法は、簡単かつ経済的に実施することができ、これは有利である。レンズキャリア表面およびチップキャリア表面を有するキャリアの一体的な構造によって、レーザチップを収容するための基台を配置する追加の作業ステップが不要である。レーザチップの配置および光学レンズの配置は、従来の標準的な工程によって行うことができ、これは有利である。本方法によって得ることのできるレーザ素子においては、たとえレンズがレーザチップの高さよりも大きい半径を有するように構成されている場合にも、レーザチップによって放出されたレーザ光が光学レンズの光軸に入射することができるように、レーザチップが光学レンズに対して高い位置に配置されており、これは有利である。

本方法の一実施形態においては、チップキャリア表面に垂直な向きにあり、かつチップキャリア表面をレンズキャリア表面に結合する端面、を有するように、キャリアを構成する。この場合、光学レンズは、この端面に当接した状態で配置する。このようにすることで、小さいコストで光学レンズをキャリアに対して高い精度で位置決めすることができ、これは有利である。このようにすることで、レーザチップに対する光学レンズの正確な向きも得ることができ、したがって、本方法によって得られるレーザ素子は、高い品質の光学特性を有することができ、これは有利である。

本方法の一実施形態においては、本方法は、チップキャリア表面にメタライゼーションを形成するさらなるステップ、を含む。このメタライゼーションを使用してレーザチップを電気的に接続することができ、したがって、レーザチップの電気的接続を特に簡単に構築することができ、これは有利である。

本方法の一実施形態においては、キャリアを形成するステップとメタライゼーションを形成するステップは、ＭＩＤ法によって実行する。このようなＭＩＤ（成形回路部品）技術法では、簡単かつ経済的に大量生産を行うことができ、キャリアおよびメタライゼーションの幾何学形状も大きな自由度の中で選択することができ、これは有利である。

本方法の一実施形態においては、本方法は、キャリアの上にカバーを配置するさらなるステップ、を含む。この場合、レーザチップおよび光学レンズが、キャリアとカバーとの間に囲まれる。レーザチップおよび光学レンズは、カバーの下に囲まれていることによって、機械的な損傷に対して保護され、これは有利である。したがって、本方法によって得ることのできるレーザ素子は、ピックアンドプレース法による自動的な実装に適している。

以下では、例示的な実施形態について、概略的に表現した図面を参照しながら、さらに詳しく説明する。本発明の上述した特性、特徴、および利点と、これらが達成される方法は、以下の説明からより明確かつ包括的に理解されるであろう。

第１のレーザ素子の斜視図を示している。 第１のレーザ素子の部分的側断面図を示している。 第２のレーザ素子の斜視図を示している。 第２のレーザ素子の部分的側断面図を示している。 第３のレーザ素子の斜視図を示している。 第３のレーザ素子の部分的側断面図を示している。

図１は、第１のレーザ素子１０のやや概略的な斜視図を示している。図２は、第１のレーザ素子１０の概略的な部分的側断面図を示している。第１のレーザ素子１０は、レーザパッケージとも称される。

第１のレーザ素子１０は、キャリア１００を備えている。キャリア１００は、ＭＩＤ（成形回路部品）技術法によって作製することができる。キャリア１００は、例えば射出成形法または別の成形法によって作製される電気的絶縁体（例えばプラスチック材料、特に、例えばポリフタルアミド（ＰＰＡ）を含む）を備えている。キャリア１００のボディは、複数のその外面において、例えば電解法によって金属化されている。メタライゼーションを形成するステップは、例えば、複数のサブステップを含む工程において実行することができる。この場合、第１のステップにおいて、キャリア１００の電気的絶縁体を、その表面全体にわたり金属化する。次いで、キャリア１００の表面の領域のうち、メタライゼーションを形成しないように意図された領域において、薄いメタライゼーションを除去する。第３のステップにおいて、メタライゼーションの残りの部分を、例えば電解法によって厚くする。

第１のレーザ素子１０のキャリア１００は、レンズキャリア表面１１０およびチップキャリア表面１２０を有する。レンズキャリア表面１１０およびチップキャリア表面１２０は、互いに平行な向きにある。チップキャリア表面１２０は、レンズキャリア表面１１０に対して高くなっている。第１のレーザ素子１０のキャリア１００のレンズキャリア表面１１０およびチップキャリア表面１２０は、均一な材料によって連続的に形成されている。

レンズキャリア表面１１０は、端面１３０を介して、チップキャリア表面１２０に結合されている。キャリア端面１３０は、レンズキャリア表面１１０およびチップキャリア表面１２０に対して垂直な向きにある。レンズキャリア表面１１０、チップキャリア表面１２０、および端面１３０は、それぞれ方形形状を有する。

キャリア１００は、さらに、前側外面１４０および裏側外面１５０を有する。前側外面１４０は、端面１３０に平行な向きにあり、端面１３０とはレンズキャリア表面１１０の反対側の端部においてレンズキャリア表面１１０から下方に延在している。裏側外面１５０は、端面１３０とは反対側の端部においてチップキャリア表面１２０から下方に延在しており、チップキャリア表面１２０に垂直な向きにある。キャリア１００は、さらに、下面１６０を有する。下面１６０は、チップキャリア表面１２０およびレンズキャリア表面１１０に平行に配置されているが、レンズキャリア表面１１０およびチップキャリア表面１２０が面している空間方向とは反対側の空間方向に面している。前側外面１４０は、下面１６０をレンズキャリア表面１１０に結合している。裏側外面１５０は、下面１６０をチップキャリア表面１２０に結合している。

キャリア１００は、第１のメタライゼーション１７０を有する。第１のメタライゼーション１７０は、導電性材料を含む。第１のメタライゼーション１７０は、上述したＭＩＤ（成形回路部品）技術法によって形成することができる。第１のメタライゼーション１７０は、レンズキャリア表面１２０に配置されている第１のセクション１７１と、端面１３０の上に延在している第２のセクション１７２と、レンズキャリア表面１１０に配置されている第３のセクション１７３と、前側外面１４０の上に延在している第４のセクション１７４と、キャリア１００の下面１６０に配置されている第５のセクション１７５と、を備えている。第１のメタライゼーション１７０のこれらのセクション１７１，１７２，１７３，１７４，１７５は、連続的に構成されており、中断のない導電接続部を形成している。第１のメタライゼーション１７０の第５のセクション１７５は、第１のレーザ素子１０の第１のはんだ接触面１９０を形成している。

第１のメタライゼーション１７０は、図１および図２の例に示した形態とは異なるように構成することも可能である。重要なことは、第１のメタライゼーション１７０が、チップキャリア表面１２０に配置されている第１のセクション１７１と、下面１６０に配置されており第１のはんだ接触面１９０を形成する第５のセクション１７５とを備えていればよい。第１のメタライゼーション１７０の第１のセクション１７１と第５のセクション１７５は、互いに導電接続されていなければならない。しかしながら、第１のメタライゼーション１７０の第１のセクション１７１と第５のセクション１７５との間の導電接続部は、必ずしもキャリア１００の端面１３０、レンズキャリア表面１１０、および前側外面１４０の上に延在している必要はない。

キャリア１００は、さらに、第２のメタライゼーション１８０を有する。第２のメタライゼーション１８０は、導電性材料を含む。第２のメタライゼーション１８０は、上述したＭＩＤ（成形回路部品）技術法によって形成することができる。第２のメタライゼーション１８０は、キャリア１００のチップキャリア表面１２０に配置されている第１のセクション１８１と、裏側外面１５０の上に延在している第２のセクション１８２と、キャリア１００の下面１６０に配置されている第３のセクション１８３とを備えている。第２のメタライゼーション１８０のこれらのセクション１８１，１８２，１８３は、互いに導電接続されている。第２のメタライゼーション１８０の第３のセクション１８３は、第２のはんだ接触面１９５を形成している。第２のメタライゼーション１８０の第１のセクション１８１と第３のセクション１８３は、裏側外面１５０の上に延在している第２のセクション１８２を介する以外の方法で、互いに導電接続することもできる。第１のメタライゼーション１７０と第２のメタライゼーション１８０は、互いに電気的に絶縁されている。

第１のレーザ素子１０のキャリア１００の下面１６０における第１のはんだ接触面１９０および第２のはんだ接触面１９５は、表面実装技術の方法（ＳＭＴ法）によって第１のレーザ素子１０を電気的に接続するのに適している。例えば、リフローはんだ付けによって、第１のはんだ面１９０および第２のはんだ面１９５に電気的に接触することができる。したがって、第１のレーザ素子１０は、表面実装可能なＳＭＤ（表面実装デバイス）素子を形成している。

第１のレーザ素子１０のキャリア１００のチップキャリア表面１２０の上の第１のメタライゼーション１７０の第１のセクション１７１の上には、レーザチップ２００が配置されている。レーザチップ２００は半導体レーザチップである。レーザチップ２００は、上面２０１と、上面２０１とは反対側の下面２０２とを有する。

レーザチップ２００の上面２０１および下面２０２には、レーザチップ２００に電気的に接触するための電気コンタクトがそれぞれ配置されている。レーザチップ２００の下面２０２は、チップキャリア表面１２０の側にあり、導電性の第１の固定材料２１０によって第１のメタライゼーション１７０の第１のセクション１７１に結合されている。第１の固定材料２１０は、第１のメタライゼーション１７０と、レーザチップ２００の下面２０２に配置されている電気コンタクトとの間に導電接続部を形成する。第１の固定材料２１０は、例えば、導電性接着剤とすることができる。第１の固定材料２１０は、リフローはんだ付けによって第１のレーザ素子１０を表面実装するときに発生する温度に損傷することなく耐えるような、高い熱的安定性であるように構成されていることが好ましい。レーザチップ２００は、チップキャリア表面１２０の上の第１のメタライゼーション１７０の第１のセクション１７１の上に、従来のダイボンディング法によって固定することができる。

レーザチップ２００の上面２０１に配置されている、レーザチップ２００の電気コンタクトは、キャリア１００のチップキャリア表面１２０の上の第２のメタライゼーション１８０の第１のセクション１８１に、複数のボンディングワイヤ２２０によって導電接続されている。ボンディングワイヤ２２０は、従来のワイヤボンディング法によって配置することができる。

レーザチップ２００は放出面２０３を有し、この放出面２０３は、上面２０１を下面２０２に結合している、レーザチップ２００の側面によって形成されている。レーザチップ２００は、その放出面２０３においてレーザ光を放出する目的で構成されている。この場合、レーザチップ２００は、端面発光型レーザとして構成されている。レーザ放射の放出は、レーザチップ２００の上面２０１に近い放出面２０３において起こる。

第１のレーザ素子１０は、さらに、両凸シリンドリカルレンズ３００を有する。両凸シリンドリカルレンズ３００は、結像光学レンズである。両凸シリンドリカルレンズ３００は、レーザチップ２００によって放出されるレーザ放射に対して透明である材料からなる。図示した例においては、両凸シリンドリカルレンズ３００は、円盤形状の断面を有する円柱形状を有する。しかしながら、両凸シリンドリカルレンズ３００は、異なる両凸断面を有することもできる。

両凸シリンドリカルレンズ３００の縦軸線は、キャリア１００の端面１３０とチップキャリア表面１２０との間の結合縁部に平行な向きにある。両凸シリンドリカルレンズ３００は、レンズキャリア表面１１０に配置されており、第２の固定材料３１０によって固定されている。第２の固定材料３１０は、例えば、接着剤とすることができる。第２の固定材料３１０は、リフローはんだ付けによって第１のレーザ素子１０を表面実装するときに発生する温度に損傷することなく耐えるような、高い熱的安定性であるように構成されていることが好ましい。両凸シリンドリカルレンズ３００は、従来の方法によってレンズキャリア表面１１０に配置することができる。

レーザチップ２００の放出面２０３は、両凸シリンドリカルレンズ３００の方に面している。キャリア１００のチップキャリア表面１２０とレンズキャリア表面１１０の間の高さの差と、レーザチップ２００の下面２０２と上面２０１との間の厚さと、両凸シリンドリカルレンズ３００の直径は、本レーザ素子１０の動作時にレーザチップ２００の放出面２０３において放出されるレーザ光が、両凸シリンドリカルレンズ３００の光軸の高さにおいて両凸シリンドリカルレンズ３００に入射するように、互いに構成されている。レーザチップ２００によって放出されるレーザ光は、発散光２３０としてレーザチップ２００から出射する。発散光２３０は、両凸シリンドリカルレンズ３００に入射し、両凸シリンドリカルレンズ３００の縦軸線に垂直な向きにある平面内で両凸シリンドリカルレンズ３００によって集光されてコリメート光３３０が形成され、この光が両凸シリンドリカルレンズ３００から平行光として出射する。

第１のレーザ素子１０のキャリア１００のレンズキャリア表面１１０に両凸シリンドリカルレンズ３００を取り付けるとき、端面１３０、もしくは、端面１３０とチップキャリア表面１２０との間の縁部、またはその両方を、両凸シリンドリカルレンズ３００を位置合わせするための基準として使用することができる。例えば、両凸シリンドリカルレンズ３００を、端面１３０、または端面１３０とチップキャリア表面１２０との間の縁部に当接した状態で、レンズキャリア表面１１０に配置することができる。しかしながら、図１および図２に示した両凸シリンドリカルレンズ３００を、端面１３０から離れた位置において、レンズキャリア表面１１０に配置することもできる。

第１のレーザ素子１０のキャリア１００は、その前側外面１４０と裏側外面１５０との間の長さとして例えば３．５ｍｍを有することができる。この長さを横切る方向においては、キャリア１００は、例えば２ｍｍの幅を有することができる。レーザチップ２００は、例えば６００μｍの辺長を有することができる。

図３は、第２のレーザ素子２０の概略斜視図を示している。図４は、第２のレーザ素子２０の概略的な部分的側断面図を示している。第２のレーザ素子２０は、図１および図２の第１のレーザ素子１０と基本的に同じである。図３および図４において、対応する部分／部品には、図１および図２と同じ参照符号を付してあり、以下では詳しい説明を繰り返さない。

第２のレーザ素子２０は、第１のレーザ素子１０とは異なり、両凸シリンドリカルレンズ３００の代わりに平凸シリンドリカルレンズ４００を有する。平凸シリンドリカルレンズ４００は、円柱状に構成されており、平面４１０および凸面４２０を有する平凸状の断面を有する。平凸シリンドリカルレンズ４００は、例えば、ほぼ半円の円盤状の断面を有することができる。

平凸シリンドリカルレンズ４００は、第２のレーザ素子２０のレンズキャリア表面１１０に、第２の固定材料３１０によって固定されている。キャリア１００のレンズキャリア表面１１０に平凸シリンドリカルレンズ４００を取り付けるステップは、従来の標準的な方法によって実行することができる。平凸シリンドリカルレンズ４００の平面４１０は、キャリア１００の端面１３０に当接している。端面１３０は、平凸シリンドリカルレンズ４００を取り付けるときに平凸シリンドリカルレンズ４００を調整するための機械的な係止部として使用される。しかしながら、平凸レンズ４００を端面１３０から離れた位置においてキャリア１００のレンズキャリア表面１１０に配置することも可能である。

第２のレーザ素子２０の平凸シリンドリカルレンズ４００は、第１のレーザ素子１０の両凸シリンドリカルレンズ３００と同様に、コリメート光３３０を形成する目的で、レーザチップ２００によって放出された発散レーザ光２３０を集光するために使用されている。平凸シリンドリカルレンズ４００の平面４１０に面している、レーザチップ２００の放出面２０３から出射する発散光２３０は、平凸シリンドリカルレンズ４００の平面４１０に入射し、平凸シリンドリカルレンズ４００の凸面４２０において、コリメート光３３０として平凸シリンドリカルレンズ４００から放出される。

図５は、第３のレーザ素子３０の概略斜視図を示している。図６は、第３のレーザ素子３０の概略的な部分的側断面図を示している。第３のレーザ素子３０は、図１および図２の第１のレーザ素子１０と基本的に同じである。図５および図６において、対応する部分／部品には、図１および図２と同じ参照符号を付してあり、以下では詳しい説明を繰り返さない。

第３のレーザ素子３０は、第１のレーザ素子１０とは異なり、キャリア１００の代わりにキャリア５００を有する。キャリア５００は、キャリア１００と同様に、レンズキャリア表面１１０と、レンズキャリア表面１１０に対して高くなっているチップキャリア表面１２０とを有する。

レンズキャリア表面１１０と、高くなっているチップキャリア表面１２０の周縁部にカバー支持表面５２０が形成されている。カバー支持表面５２０は、レンズキャリア表面１１０と同じ高さを有する。レンズキャリア表面１１０およびカバー支持表面５２０に対して高くなっている台座部５１０の上に、高いチップキャリア表面１２０が配置されている。台座部５１０の端面１３０は、レンズキャリア表面１１０およびチップキャリア表面１２０に垂直な向きにあり、レンズキャリア表面１１０をチップキャリア表面１２０に結合している。端面１３０は、台座部５１０の側面を形成している。台座部５１０は、キャリア５００の残りの部分と一体に形成されている。このようにすることで、第３のレーザ素子３０のキャリア５００のレンズキャリア表面１１０およびチップキャリア表面１２０は、均一な材料によって連続的に形成されている。

この場合も、第１のメタライゼーション１７０のセクション１７１，１７２，１７３，１７４，１７５は、キャリア５００のチップキャリア表面１２０から下面１６０まで延在している。第１のメタライゼーション１７０の第５のセクション１７５は、キャリア５００の下面１６０の上の第１のはんだ接触面１９０を形成している。第２のメタライゼーション１８０は、キャリア５００のチップキャリア表面１２０から下面１６０まで延在している。第２のメタライゼーション１８０の第３のセクション１８３は、キャリア５００の下面１６０の上の第２のはんだ接触面１９５を形成している。第１のメタライゼーション１７０と第２のメタライゼーション１８０は、互いに電気的に絶縁されている。この場合も、メタライゼーション１７０，１８０の細かい形状は、図示した例とは異なっていてよい。

第１のはんだ接触面１９０および第２のはんだ接触面１９５は、表面実装法、例えばリフローはんだ付けによって、第３のレーザ素子３０を電気的に接続するのに適している。したがって、第３のレーザ素子３０は、表面実装可能なＳＭＤ（表面実装デバイス）素子を形成している。

第３のレーザ素子３０においては、第１のレーザ素子１０と同様に、レーザチップ２００がチップキャリア表面１２０に配置されており、第１のメタライゼーション１７０および第２のメタライゼーション１８０に電気的に結合されている。さらに、両凸シリンドリカルレンズ３００がレンズキャリア表面１１０に配置されている。

第３のレーザ素子３０は、カバー６００を備えている。カバー６００は、キャリア５００の上に配置されており、レーザチップ２００および両凸シリンドリカルレンズ３００をカバー６００とキャリア５００との間に囲んでいる。この場合、カバー６００は、キャリア５００のカバー支持表面５２０に当接している。

カバー６００は、例えば、熱もしくは紫外線またはその両方によって硬化するエポキシド系接着剤によって、キャリア５００のカバー支持表面５２０に固定することができる。この接着剤は、リフローはんだ付けによって第３のレーザ素子３０を表面実装するときに発生する温度と、第３のレーザ素子３０の動作時に発生する動作温度とに、損傷することなく耐えるような、高い熱的安定性であるように構成されていることが好ましい。接着剤は、−４０℃〜１２５℃の間の温度サイクルに耐えることが好ましい。特に好ましくは、接着剤は、少なくとも２６０℃の温度まで熱的に安定的である。接着剤は、例えば、ＤＥＬＯ社のＡＤ７６２を含むことができる。

カバー６００は、レーザチップ２００によって放出されるレーザ放射に対して本質的に透明である透明セクション６１０を有する。透明セクション６１０は、両凸シリンドリカルレンズ３００から出るコリメート光３３０がカバー６００の透明セクション６１０を通過して第３のレーザ素子３０から出射することができるように、配置されている。カバー６００は、その全体を、レーザチップ２００によって放出されるレーザ放射に対して透明である材料から形成することもできる。

カバー６００の透明セクション６１０は、約８００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内の波長を有する近赤外領域における光に対して透明であることが好ましい。例えば、カバー６００の透明セクション６１０は、８５０ｎｍの波長において７５％より高い透明度を有することができる。

カバー６００の材料は、リフローはんだ付けによって第３のレーザ素子３０を表面実装するときに発生する温度に損傷することなく耐えるような、高い熱的安定性であるように構成されていることが好ましい。この材料は、少なくとも２６０℃の温度まで熱的に安定的であることが好ましい。

カバー６００の材料は、適切な方法によって成形可能であることが好ましい。カバー６００は、例えば、Ｓａｂｉｃ社のＥｘｔｅｍ ＸＨ１０１５材料を含むことができる。

第３のレーザ素子３０のレーザチップ２００および両凸シリンドリカルレンズ３００は、カバー６００によって機械的損傷に対して保護されている。したがって、第３のレーザ素子３０は、自動操作に適している。例えば、自動ピックアンドプレース法によって、回路キャリアの上に第３のレーザ素子３０を配置することができる。

第３のレーザ素子３０は、両凸シリンドリカルレンズ３００の代わりに、第２のレーザ素子２０のように平凸シリンドリカルレンズ４００を有することもできる。すべてのレーザ素子１０，２０，３０の両凸シリンドリカルレンズ３００および平凸シリンドリカルレンズ４００は、別の光学レンズに置き換えることもできる。

カバー６００を設ける代替形態として、第３のレーザ素子３０におけるレーザチップ２００およびボンディングワイヤ２２０を、透明な封止部に埋め込むこともできる。この場合、封止部は、レーザチップ２００と両凸シリンドリカルレンズ３００との間の隙間も満たすことが好ましい。封止部は、例えば、透明なエポキシドまたは透明なシリコーンを含むことができる。

ここまで、本発明について好ましい例示的な実施形態に基づいて図示および詳しく説明してきた。しかしながら、本発明は、開示したこれらの例に限定されない。当業者には、本発明の保護範囲から逸脱することなく、開示した実施形態から別の変形形態を導くことができるであろう。

関連出願
本出願の開示内容の一部を明示的に形成している独国優先権基礎出願第１０２０１３２０５５９４．３号には、同様に、レーザ素子およびレーザ素子の製造方法が記載されている。

１０ 第１のレーザ素子
２０ 第２のレーザ素子
３０ 第３のレーザ素子
１００ キャリア
１１０ レンズキャリア表面
１２０ チップキャリア表面
１３０ 端面
１４０ 前側外面
１５０ 裏側外面
１６０ 下面
１７０ 第１のメタライゼーション
１７１ 第１のセクション
１７２ 第２のセクション
１７３ 第３のセクション
１７４ 第４のセクション
１７５ 第５のセクション
１８０ 第２のメタライゼーション
１８１ 第１のセクション
１８２ 第２のセクション
１８３ 第３のセクション
１９０ 第１のはんだ接触面
１９５ 第２のはんだ接触面
２００ レーザチップ
２０１ 上面
２０２ 下面
２０３ 放出面
２１０ 第１の固定材料
２２０ ボンディングワイヤ
２３０ 発散光
３００ 両凸シリンドリカルレンズ
３１０ 第２の固定材料
３２０ コリメート光
４００ 平凸シリンドリカルレンズ
４１０ 平面
４２０ 凸面
５００ キャリア
５１０ 台座
５２０ カバー支持表面
６００ カバー
６１０ 透明セクション

Claims (12)

1. レーザ素子（１０，２０，３０）であって、
   キャリア（１００，５００）を有し、前記キャリア（１００，５００）が、レンズキャリア表面（１１０）と、前記レンズキャリア表面（１１０）に対して高くなっているチップキャリア表面（１２０）とを有し、
   前記レンズキャリア表面（１１０）に光学レンズ（３００，４００）が配置されており、
   前記チップキャリア表面（１２０）にレーザチップ（２００）が配置されており、
   前記チップキャリア表面（１２０）および前記レンズキャリア表面（１１０）が、前記キャリア（１００，５００）の均一な材料による連続的なセクションによって形成されており、
   前記キャリア（１００，５００）がプラスチック材料を含み、
   前記チップキャリア表面（１２０）が第１のメタライゼーション（１７０，１７１）を備えており、前記第１のメタライゼーション（１７０，１７１）が、前記キャリア（１００，５００）の下面（１６０）に配置された、前記キャリア（１００，５００）の第１のはんだ接触面（１９０）に導電接続されており、
   前記レンズキャリア表面（１１０）がメタライゼーション（１７０，１７３）を備えており、前記メタライゼーション（１７０，１７３）が前記第１のメタライゼーション（１７０，１７１）に導電接続されている、
   レーザ素子（１０，２０，３０）。
2. 前記レーザ素子（１０，２０，３０）が、表面実装可能なＳＭＤ素子として構成されている、
   請求項１に記載のレーザ素子（１０，２０，３０）。
3. 前記チップキャリア表面（１２０）と前記レンズキャリア表面（１１０）とが、端面（１３０）によって互いに結合されており、前記端面（１３０）が、前記チップキャリア表面（１２０）に垂直な向きにある、
   請求項１または請求項２に記載のレーザ素子（１０，２０，３０）。
4. 前記光学レンズ（４００）が前記端面（１３０）に当接している、
   請求項３に記載のレーザ素子（２０）。
5. 前記光学レンズ（４００）が、平凸シリンドリカルレンズとして構成されている、
   請求項１から請求項４のいずれかに記載のレーザ素子（２０）。
6. 前記光学レンズ（３００）が、両凸シリンドリカルレンズとして構成されている、
   請求項１から請求項４のいずれかに記載のレーザ素子（１０，３０）。
7. 前記チップキャリア表面（１２０）が第２のメタライゼーション（１８０）を備えており、前記第２のメタライゼーション（１８０）が、前記キャリア（１００，５００）の第２のはんだ接触面（１９５）に導電接続されている、
   請求項１から請求項６のいずれかに記載のレーザ素子（１０，２０，３０）。
8. 前記レーザ素子（３０）がカバー（６００）を備えており、
   前記レーザチップ（２００）および前記光学レンズ（３００）が前記キャリア（５００）と前記カバー（６００）との間に配置されており、
   前記カバー（６００）の少なくとも一部分が、前記レーザチップ（２００）によって放出されるレーザ放射に対して透明である、
   請求項１から請求項７のいずれかに記載のレーザ素子（３０）。
9. レーザ素子（１０，２０，３０）を製造する方法であって、
   − レンズキャリア表面（１１０）と、前記レンズキャリア表面（１１０）に対して高くなっているチップキャリア表面（１２０）とを有するキャリア（１００，５００）を、射出成形法によって形成するステップと、
   − 前記キャリア（１００，５００）の前記チップキャリア表面（１２０）、前記レンズキャリア表面（１１０）、および下面（１６０）に配置された、導電接続されたセクション（１７１，１７３，１７５）を備えるメタライゼーション（１７０）を形成するステップであって、前記キャリア（１００，５００）の前記下面（１６０）に配置された前記メタライゼーション（１７０）の前記セクション（１７５）は、前記キャリア（１００，５００）の第１のはんだ接触面（１９０）を形成する、ステップと、
   − 前記チップキャリア表面（１２０）にレーザチップ（２００）を配置するステップと、
   − 前記レンズキャリア表面（１１０）に光学レンズ（３００，４００）を配置するステップと、
   を含む、方法。
10. 前記キャリア（１００）が端面（１３０）を有するように構成され、前記端面（１３０）が、前記チップキャリア表面（１２０）に垂直な向きにあり、かつ、前記チップキャリア表面（１２０）と前記レンズキャリア表面（１１０）とを互いに結合し、
    前記光学レンズ（４００）が、前記端面（１３０）に当接した状態に配置される、
    請求項９に記載の方法。
11. 前記キャリア（１００，５００）を形成するステップと、前記メタライゼーション（１７０）を形成するステップとが、ＭＩＤ法によって実施される、
    請求項９または１０に記載の方法。
12. − 前記キャリア（５００）の上にカバー（６００）を配置するさらなるステップ、
    を有し、
    前記レーザチップ（２００）および前記光学レンズ（３００）が、前記キャリア（５００）と前記カバー（６００）との間に囲まれている、
    請求項９から請求項１１のいずれかに記載の方法。

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